KR20250011919A - Composition for carbon-doped silicon-containing film and method of using same - Google Patents
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Abstract
전자 디바이스의 제작에서의 조성물 및 조성물을 사용하는 방법이 개시되어 있다. 낮은 유전 상수(<4.0) 및 높은 산소 애시 저항성 규소 함유 막, 예컨대, 제한 없이, 탄소 도핑된 산화규소를 증착시키기 위한 화합물, 조성물, 및 방법이 개시되어 있다.Compositions and methods of using the compositions in the fabrication of electronic devices are disclosed. Compounds, compositions, and methods for depositing low dielectric constant (<4.0) and high oxygen ash resistance silicon-containing films, such as, without limitation, carbon-doped silicon oxide, are disclosed.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조Cross-reference to related applications
본 출원은 2022년 5월 13일에 출원된 미국 가특허출원 일련 번호 63/341,635의 이익을 주장한다.This application claims the benefit of U.S. Provisional Patent Application Serial No. 63/341,635, filed May 13, 2022.
기술분야Technical field
전자 디바이스를 제작하기 위한 조성물 및 방법이 본원에 기술된다. 더 구체적으로는, 낮은 유전 상수(< 4.0) 및 높은 산소 애시 저항성 규소 함유 막, 예컨대, 제한 없이, 탄소 도핑된 산화규소, 탄소 도핑된 질화규소, 탄소 도핑된 산질화규소를 증착시키기 위한 화합물, 및 이를 포함하는 조성물 및 방법이 본원에 기술된다.Compositions and methods for fabricating electronic devices are described herein. More specifically, compounds for depositing low dielectric constant (<4.0) and high oxygen ash resistance silicon-containing films, such as, without limitation, carbon-doped silicon oxide, carbon-doped silicon nitride, and carbon-doped silicon oxynitride, and compositions and methods comprising the same are described herein.
당업계에는 전자 산업 내의 특정 적용예에 대하여 높은 탄소 함량(예를 들어, X선 광전자 분광법(XPS)에 의해 측정될 때 약 10 원자 % 이상의 탄소 함량)이 도핑된 규소 함유 막을 증착시키기 위한 조성물 및 이를 사용하는 방법을 제공할 필요성이 있다.There is a need in the art to provide compositions and methods of using same for depositing silicon-containing films doped with high carbon content (e.g., greater than about 10 atomic % carbon as measured by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)) for certain applications within the electronics industry.
미국 특허 번호 8,575,033은 기판 표면 상에 탄화규소 막을 증착시키는 방법을 기술한다. 방법은 기상 카르보실란 전구체의 사용을 포함하고 플라즈마 강화 원자층 증착 공정을 이용할 수 있다.U.S. Patent No. 8,575,033 describes a method for depositing a silicon carbide film on a substrate surface. The method involves the use of a vapor phase carbosilane precursor and may utilize a plasma enhanced atomic layer deposition process.
미국 공개 번호 2013/022496 A는 원자층 증착(ALD)에 의해 반도체 기판 상에 Si-C 결합을 갖는 유전체 막을 형성하는 방법으로서, (i) 기판의 표면 상에 전구체를 흡착시키는 단계; (ii) 표면 상에서 흡착된 전구체와 반응물 가스를 반응시키는 단계; 및 (iii) 단계 (i) 및 (ii)를 반복하여 기판 상에 적어도 Si-C 결합을 갖는 유전체 막을 형성하는 단계를 포함하는, 원자층 증착(ALD)에 의해 반도체 기판 상에 Si-C 결합을 갖는 유전체 막을 형성하는 방법을 교시한다.U.S. Publication No. 2013/022496 A teaches a method for forming a dielectric film having Si-C bonds on a semiconductor substrate by atomic layer deposition (ALD), the method comprising the steps of: (i) adsorbing a precursor on a surface of the substrate; (ii) reacting the precursor adsorbed on the surface with a reactant gas; and (iii) repeating steps (i) and (ii) to form a dielectric film having at least Si-C bonds on the substrate.
PCT 공개 번호 WO14134476 A1은 SiCN 및 SiOCN을 포함하는 막을 증착시키는 방법을 기술한다. 특정 방법은 기판 표면을 제1 및 제2 전구체에 노출시키는 단계로서, 제1 전구체는 식 (XyH3-ySi)zCH4-z, (XyH3-ySi)(CH2)(SiXpH2-p)(CH2)(SiXyH3-y), 또는 (XyH3-ySi)(CH2)n(SiXyH3-y)를 갖고, X는 할로겐이고, y는 1 내지 3의 값을 갖고, z는 1 내지 3의 값을 갖고, p는 0 내지 2의 값을 갖고, n은 2 내지 5의 값을 갖고, 제2 전구체는 환원 아민을 포함하는 것인 단계를 수반한다. 특정 방법은 기판 표면을 산소 공급원에 노출시켜 탄소 도핑된 산화규소를 포함하는 막을 제공하는 단계도 포함한다.PCT Publication No. WO14134476 A1 describes a method for depositing a film comprising SiCN and SiOCN. Certain methods include the step of exposing a substrate surface to first and second precursors, wherein the first precursor has the formula (X y H 3-y Si)zCH 4-z , (X y H 3-y Si)(CH 2 )(SiX p H 2-p )(CH 2 )(SiX y H 3-y ), or (X y H 3-y Si)(CH 2 ) n (SiX y H 3-y ), wherein X is a halogen, y has a value from 1 to 3, z has a value from 1 to 3, p has a value from 0 to 2, and n has a value from 2 to 5, and wherein the second precursor comprises a reduced amine. Certain methods also include the step of exposing the substrate surface to an oxygen source to provide a film comprising carbon-doped silicon oxide.
문헌 [Hirose, Y., Mizuno, K., Mizuno, N., Okubo, S., Okubo, S., Yanagida, K. and Yanagita, K. (2014)) "method of manufacturing semiconductor device, substrate processing apparatus, and recording medium" (미국 공개 번호 2014/287596 A)]는 반도체 디바이스를 제조하는 방법으로서, 사이클을 소정의 횟수로 수행하여 기판 상에 규소, 산소 및 탄소를 함유하는 박막을 형성하는 단계를 포함하고, 사이클은 규소, 탄소 및 할로겐 원소를 함유하고 Si-C 결합을 갖는 전구체 가스, 및 제1 촉매 가스를 기판에 공급하는 것; 및 산화 가스 및 제2 촉매 가스를 기판에 공급하는 것을 포함하는 것인, 반도체 디바이스를 제조하는 방법을 기술한다.The document [Hirose, Y., Mizuno, K., Mizuno, N., Okubo, S., Okubo, S., Yanagida, K. and Yanagita, K. (2014)) "Method of manufacturing semiconductor device, substrate processing apparatus, and recording medium" (U.S. Publication No. 2014/287596 A)] describes a method of manufacturing a semiconductor device, comprising a step of forming a thin film containing silicon, oxygen, and carbon on a substrate by performing a cycle a predetermined number of times, wherein the cycle includes supplying a precursor gas containing silicon, carbon, and a halogen element and having a Si-C bond, and a first catalyst gas to the substrate; and supplying an oxidizing gas and a second catalyst gas to the substrate.
문헌 [Hirose, Y., Mizuno, N., Yanagita, K. and Okubo, S. (2014)) "Method of manufacturing semiconductor device, substrate processing apparatus, and recording medium." (미국 특허 번호 9,343,290 B)]는 반도체 디바이스를 제조하는 방법으로서, 사이클을 소정의 횟수로 수행하여 기판 상에 산화 막을 형성하는 단계를 포함하는, 반도체 디바이스를 제조하는 방법을 기술한다. 사이클은 기판에 전구체 가스를 공급하는 것; 및 기판에 오존 가스를 공급하는 것을 포함한다. 전구체 가스 공급 시에는, 기판에 촉매 가스가 공급되지 않는 상태에서 기판에 전구체 가스를 공급하고, 오존 가스 공급 시에는, 기판에 아민계 촉매 가스가 공급되는 상태에서 기판에 오존 가스를 공급한다.The literature [Hirose, Y., Mizuno, N., Yanagita, K. and Okubo, S. (2014)) "Method of manufacturing semiconductor device, substrate processing apparatus, and recording medium." (U.S. Patent No. 9,343,290 B)] describes a method of manufacturing a semiconductor device, the method including a step of forming an oxide film on a substrate by performing a cycle a predetermined number of times. The cycle includes: supplying a precursor gas to the substrate; and supplying ozone gas to the substrate. When supplying the precursor gas, the precursor gas is supplied to the substrate in a state where a catalyst gas is not supplied to the substrate, and when supplying the ozone gas, the ozone gas is supplied to the substrate in a state where an amine-based catalyst gas is supplied to the substrate.
미국 특허 번호 9,349,586 B는 바람직한 에칭 저항성 및 낮은 유전 상수를 갖는 박막을 개시한다.U.S. Patent No. 9,349,586 B discloses a thin film having desirable etch resistance and low dielectric constant.
미국 공개 번호 2015/0044881 A는 높은 농도로 첨가된 탄소를 함유하고 높은 제어성으로 형성되는 막을 형성하는 방법을 기술한다. 반도체 디바이스를 제조하는 방법은 사이클을 소정의 횟수로 수행하여 기판 상에 규소, 탄소 및 소정의 원소를 함유하는 막을 형성하는 단계를 포함한다. 소정의 원소는 질소 및 산소 중 하나이다. 사이클은 1몰당 적어도 2개의 규소 원자, 탄소 및 할로겐 원소를 함유하고 Si-C 결합을 갖는 전구체 가스를 기판에 공급하는 것, 및 소정의 원소를 함유하는 개질 가스를 기판에 공급하는 것을 포함한다.U.S. Publication No. 2015/0044881 A describes a method for forming a film containing carbon added at a high concentration and formed with high controllability. The method for manufacturing a semiconductor device comprises the step of performing a cycle a predetermined number of times to form a film containing silicon, carbon, and a predetermined element on a substrate. The predetermined element is one of nitrogen and oxygen. The cycle comprises supplying a precursor gas containing at least two silicon atoms, carbon, and a halogen element per mole and having a Si-C bond to the substrate, and supplying a modifying gas containing the predetermined element to the substrate.
명칭이 ["Highly Stable Ultrathin Carbosiloxane Films by Molecular Layer Deposition", Han, Z. et al., Journal of Physical Chemistry C, 2013, 117, 19967]인 참고문헌은 1,2-비스[(디메틸아미노)디메틸실릴]에탄 및 오존을 사용하여 카르보실록산 막을 성장시키는 것을 교시한다. 열 안정성은 막이 60℃에서 두께 손실이 거의 없으며 최대 40℃까지 안정함을 나타낸다.A reference entitled ["Highly Stable Ultrathin Carbosiloxane Films by Molecular Layer Deposition", Han, Z. et al., Journal of Physical Chemistry C, 2013, 117, 19967] teaches the growth of carbosiloxane films using 1,2-bis[(dimethylamino)dimethylsilyl]ethane and ozone. Thermal stability indicates that the films show little thickness loss at 60°C and are stable up to 40°C.
문헌 [Liu et al, Jpn. J. Appl. Phys., 1999, Vol. 38, 3482-3486]은 스핀온(spin-on) 기술로 증착된 폴리실세스퀴옥산 상에서의 H2 플라즈마 사용을 교시한다. H2 플라즈마는 안정한 유전 상수를 제공하고 막 열 안정성 및 O2 애시 (플라즈마) 처리를 개선한다.The literature [Liu et al, Jpn. J. Appl. Phys., 1999, Vol. 38, 3482-3486] teaches the use of H 2 plasma on polysilsesquioxanes deposited by spin-on technology. H 2 plasma provides stable dielectric constant and improves film thermal stability and O 2 ash (plasma) treatment.
문헌 [Kim et al, Journal of the Korean Physical Society, 2002, Vol. 40, 94]는 PECVD 탄소 도핑된 산화규소 막 상의 H2 플라즈마 처리가 누설 전류 밀도를 개선하고(4-5배), 이때 유전 상수는 2.2에서 2.5로 증가함을 교시한다. H2 플라즈마 후의 탄소 도핑된 산화규소 막은 산소 애싱(ashing) 공정 중에 손상이 더 적다.The literature [Kim et al, Journal of the Korean Physical Society, 2002, Vol. 40, 94] teaches that H 2 plasma treatment on PECVD carbon-doped silicon oxide films improves the leakage current density (by a factor of 4-5) while increasing the dielectric constant from 2.2 to 2.5. The carbon-doped silicon oxide films after H 2 plasma are less damaged during the oxygen ashing process.
문헌 [Posseme et al, Solid State Phenomena, 2005, Vol. 103-104, 337]은 탄소 도핑된 산화규소 PECVD 막 상에서의 상이한 H2 / 불활성 플라즈마 처리를 교시한다. H2 플라즈마 처리 후에 k는 개선되지 않아 벌크 개질이 없음을 시사한다.The literature [Posseme et al, Solid State Phenomena, 2005, Vol. 103-104, 337] teaches different H 2 / inert plasma treatments on carbon-doped silicon oxide PECVD films. No improvement in k was observed after H 2 plasma treatment, suggesting no bulk modification.
ALD 적용예에 대하여 기상 전달 방법에 적합한 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄과 같은 클로로실란 전구체를 위한 액체 조성물을 개발할 필요성이 있다. 조성물은 성공적인 상용화를 위해 하기를 포함하는 특정 중요 요건을 충족해야 한다: 용매는 클로로실란과 반응하지 않아야 하고; 클로로실란 화학물질은 용매에서 용해도가 높아야 하고; 클로로실란은 저온에 노출되는 경우 수송 중에 침전되거나 또는 상 분리되지 않아야 하고; 용매를 고순도로 제조할 수 있어야 하며 낮은 수분 함량으로 건조시켜야 하고; 배합된 용액은 허용되는 점도를 가져야 하고; 용매의 증기압은 클로로실란 화학물질의 증기압과 유사해야 한다.There is a need to develop liquid compositions for chlorosilane precursors, such as 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclobutane, suitable for vapor delivery methods for ALD applications. The compositions must meet certain important requirements for successful commercialization, including: the solvent must not react with the chlorosilane; the chlorosilane chemical must have high solubility in the solvent; the chlorosilane must not precipitate or phase separate during transport when exposed to low temperatures; the solvent must be capable of being manufactured with high purity and dried to low moisture content; the formulated solution must have an acceptable viscosity; and the vapor pressure of the solvent must be similar to the vapor pressure of the chlorosilane chemical.
본원에 기술된 조성물은 이들 기준을 만족시킨다. 본원에 기술된 조성물 및 방법은 하기 특성 중 하나 이상을 갖는 컨포멀 규소 함유 막을 증착시키기 위한 조성물 또는 배합물을 제공함으로써 선행 기술의 문제점을 극복한다: i) 4.0 미만의 유전 상수; ii) 희석된 플루오르화수소산 중에서 측정된 바와 같은 열 산화규소의 에칭 속도(예를 들어, 1:99 희석된 HF 중에서 0.45 Å/s)의 최대 0.5배인 에칭 속도(예를 들어, 1:99 희석된 HF 중에서 0.22 Å/s) 및 X선 발광분광법(XPS)에 의해 측정될 때 약 10 원자량 퍼센트(at. %) 이상의 탄소 함량; ii) 산소 애시 저항성, 즉, 막을 산소 애싱 공정 처리하거나 또는 막을 산소 플라즈마에 노출시킴으로 인해 희석된 HF(dHF) 중에서 감소된 막의 유전 상수의 민감도 및 막의 습윤 에칭 속도; 및 (iv) 생성된 막에서의 2.0 at. % 미만, 바람직하게는 1.0 at.% 미만, 가장 바람직하게는 0.5 at.% 미만의 염소 불순물. 산소 애시 저항성은 dHF 딥에 의해 측정된 O2 애싱 공정 후 막의 손상 두께(예를 들어, < 50 Å의 손상 두께)에 의해 정량화될 수 있다. O2 애싱 공정 후의 막 유전 상수가 4.0 미만으로 유지되는 경우 산소 애시 저항성도 예시적이다. 본 발명에 의해 달성될 수 있는 바람직한 특성은 하기 실시예에 더 상세하게 예시된다.The compositions described herein satisfy these criteria. The compositions and methods described herein overcome the problems of the prior art by providing compositions or formulations for depositing conformal silicon-containing films having one or more of the following properties: i) a dielectric constant less than 4.0; ii) an etch rate (e.g., 0.22 Å/s in 1:99 diluted HF) that is at most 0.5 times the etch rate of thermal silicon oxide as measured in diluted hydrofluoric acid (e.g., 0.45 Å/s in 1:99 diluted HF) and a carbon content of at least about 10 atomic weight percent (at. %) as measured by x-ray emission spectroscopy (XPS); ii) oxygen ash resistance, i.e., the susceptibility of the dielectric constant of the film to a decrease in diluted HF (dHF) due to subjecting the film to an oxygen ashing process or exposing the film to an oxygen plasma and the wet etch rate of the film; and (iv) less than 2.0 at. %, preferably less than 1.0 at. %, most preferably less than 0.5 at. % chlorine impurities in the resulting film. The oxygen ash resistance can be quantified by the damage thickness of the film after the O 2 ashing process as measured by a dHF dip (e.g., a damage thickness of < 50 Å). The oxygen ash resistance is also exemplary when the film dielectric constant after the O 2 ashing process remains less than 4.0. Desirable properties that can be achieved by the present invention are further illustrated in the Examples below.
한 특정 실시양태에서, 본원에 기술된 조성물은 열 원자층 증착(ALD)을 사용하여 탄소 도핑된 산화규소 막을 증착시키는 방법에 사용될 수 있다.In one particular embodiment, the compositions described herein can be used in a method of depositing carbon-doped silicon oxide films using thermal atomic layer deposition (ALD).
한 양태에서, 규소 함유 막을 증착시키기 위한 조성물로서, (a) 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄; 및 (b) 메시틸렌(b.p. 165℃), 2-메틸-노난(b.p. 167℃), 1,2,4,5-테트라메틸피페라진(b.p. 166℃), 에톡시-벤젠(b.p. 171℃), 및 1-에틸-4-메틸-벤젠(b.p. 162℃)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 용매를 포함하는, 규소 함유 막을 증착시키기 위한 조성물이 개시된다.In one aspect, a composition for depositing a silicon-containing film is disclosed, the composition comprising: (a) 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclobutane; and (b) a solvent selected from the group consisting of mesitylene (b.p. 165°C), 2-methyl-nonane (b.p. 167°C), 1,2,4,5-tetramethylpiperazine (b.p. 166°C), ethoxy-benzene (b.p. 171°C), and 1-ethyl-4-methyl-benzene (b.p. 162°C).
한 양태에서, 규소 함유 막을 증착시키기 위한 조성물로서, (a) 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄; 및 (b) 메시틸렌을 포함하는, 규소 함유 막을 증착시키기 위한 조성물이 개시된다.In one aspect, a composition for depositing a silicon-containing film is disclosed, comprising: (a) 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclobutane; and (b) mesitylene.
다른 양태에서, 열 ALD 공정을 통해 15 at. % 내지 30 at.% 범위의 탄소 함량을 갖는 탄소 도핑된 산화규소 막을 형성하는 방법으로서, a) 표면 특징부를 포함하는 하나 이상의 기판을 반응기에 배치하는 단계; b) 반응기를 주위 온도 내지 약 550℃ 범위의 하나 이상의 온도로 가열하고 선택적으로 반응기를 100 torr 이하의 압력으로 유지하는 단계; c) 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄 및 메시틸렌을 포함하는 조성물을 반응기에 도입하는 단계; d) 불활성 가스로 퍼징하는 단계; e) 반응기에 질소 공급원을 제공하여 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄과 반응시킴으로써 탄소 도핑된 질화규소 막을 형성하는 단계; f) 불활성 가스로 퍼징하여 반응 부산물을 제거하는 단계; g) 단계 c 내지 f를 반복하여 탄소 도핑된 질화규소 막의 원하는 두께를 제공하는 단계; h) 생성된 탄소 도핑된 질화규소 막을 한 실시양태에 따라 약 주위 온도 내지 약 1000℃, 또는 약 100℃ 내지 약 400℃ 범위의 하나 이상의 온도에서 산소 공급원으로 처리하여 탄소 도핑된 질화규소 막을 탄소 도핑된 산화규소 막으로 전환시키는 단계; 탄소 도핑된 산화규소 막을 수소를 포함하는 플라즈마에 노출시키는 단계를 포함하는, 열 ALD 공정을 통해 15 at. % 내지 30 at.% 범위의 탄소 함량을 갖는 탄소 도핑된 산화규소 막을 형성하는 방법이 개시된다.In another aspect, a method of forming a carbon-doped silicon nitride film having a carbon content in the range of 15 at. % to 30 at. % via a thermal ALD process, comprising the steps of: a) disposing one or more substrates comprising surface features into a reactor; b) heating the reactor to one or more temperatures in the range of ambient temperature to about 550° C. and optionally maintaining the reactor at a pressure of less than or equal to 100 torr; c) introducing a composition comprising 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclobutane and mesitylene into the reactor; d) purging with an inert gas; e) providing a nitrogen source to the reactor to react with the 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclobutane to form the carbon-doped silicon nitride film; f) purging with an inert gas to remove reaction byproducts; g) repeating steps c through f to provide a desired thickness of the carbon-doped silicon nitride film. h) treating the formed carbon-doped silicon nitride film with an oxygen source at one or more temperatures ranging from about ambient temperature to about 1000° C., or from about 100° C. to about 400° C. according to one embodiment to convert the carbon-doped silicon nitride film into a carbon-doped silicon oxide film; and exposing the carbon-doped silicon oxide film to a plasma comprising hydrogen. A method of forming a carbon-doped silicon oxide film having a carbon content in the range of 15 at. % to 30 at. % is disclosed.
또 다른 양태에서, 열 ALD 공정을 통해 15 at % 내지 30 at.% 범위의 탄소 함량을 갖는 탄소 도핑된 산화규소 막을 형성하는 방법으로서, a) 표면 특징부를 포함하는 하나 이상의 기판을 반응기에 배치하는 단계; b) 반응기를 주위 온도 내지 약 150℃ 범위의 하나 이상의 온도로 가열하고 선택적으로 반응기를 100 torr 이하의 압력으로 유지하는 단계; c) 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄, 메시틸렌, 및 촉매를 포함하는 조성물을 반응기에 도입하는 단계; d) 불활성 가스로 반응기를 퍼징하는 단계; e) 반응기에 물의 증기를 제공하여 촉매의 존재 하에 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄과 반응시킴으로써 탄소 도핑된 산화규소 막을 형성하는 단계; 및 f) 불활성 가스로 반응기를 퍼징하여 임의의 반응 부산물을 제거하고, 단계 c) 내지 f)를 반복하여 탄소 도핑된 산화규소 막의 원하는 두께를 제공하는 단계를 포함하는, 열 ALD 공정을 통해 15 at % 내지 30 at.% 범위의 탄소 함량을 갖는 탄소 도핑된 산화규소 막을 형성하는 방법이 개시된다.In another aspect, a method of forming a carbon-doped silicon oxide film having a carbon content in the range of 15 at. % to 30 at. % via a thermal ALD process, comprising: a) disposing one or more substrates comprising surface features in a reactor; b) heating the reactor to one or more temperatures in the range of ambient temperature to about 150° C. and optionally maintaining the reactor at a pressure of less than or equal to 100 torr; c) introducing a composition comprising 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclobutane, mesitylene, and a catalyst into the reactor; d) purging the reactor with an inert gas; e) providing water vapor to the reactor to react with the 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclobutane in the presence of the catalyst to form the carbon-doped silicon oxide film; And f) purging the reactor with an inert gas to remove any reaction byproducts, and repeating steps c) to f) to provide a desired thickness of the carbon-doped silicon oxide film. A method of forming a carbon-doped silicon oxide film having a carbon content in the range of 15 at. % to 30 at. % is disclosed.
또 다른 양태에서, 발명 조성물을 수용하는 스테인리스 강 용기가 개시된다. In another aspect, a stainless steel container containing the invention composition is disclosed.
본 발명의 실시양태는 단독으로 또는 서로 다양하게 조합하여 사용될 수 있다. The embodiments of the present invention may be used alone or in various combinations with each other.
도 1은 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로-부탄 및 메시틸렌의 증기압 곡선의 오버레이를 예시하고;
도 2는 증기 인출 전달 공정 중에 용기에서 사용된 물질의 퍼센트의 함수로서 메시틸렌 중 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄의 20 중량% 용액의 농도를 예시하고; 정사각형 기호는 용기가 70℃로 유지되었을 때의 농도 프로파일을 나타내고; 원형 기호는 용기가 80℃로 유지되었을 때의 농도 프로파일을 나타낸다.
도 3은 일반적인 스테인리스 강 금속의 농도를 예시하고 이 플롯에는 스테인리스 강 상업용 용기에 보관된 메시틸렌 중 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄의 20 중량% 용액에 대한 분석이 나타나 있고;
도 4는 메시틸렌 중 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄을 포함하는 조성물을 사용한 막 증착의 사이클당 성장(GPC)을 예시한다.Figure 1 illustrates an overlay of the vapor pressure curves of 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclo-butane and mesitylene;
FIG. 2 illustrates the concentration of a 20 wt % solution of 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclobutane in mesitylene as a function of the percentage of material used in the vessel during the vapor withdrawal transfer process; the square symbols represent the concentration profile when the vessel was maintained at 70° C.; the circular symbols represent the concentration profile when the vessel was maintained at 80° C.
Figure 3 illustrates the concentration of common stainless steel metals and the plot shows the analysis of a 20 wt% solution of 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclobutane in mesitylene stored in a stainless steel commercial container;
Figure 4 illustrates the cycle-wise growth (GPC) of a film deposition using a composition comprising 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclobutane among mesitylenes.
탄소 도핑된(예를 들어, XPS에 의해 측정될 때 약 10 at. % 이상의 탄소 함량을 갖는) 규소 함유 막을 증착 공정, 예컨대, 제한 없이, 열 원자층 증착 공정을 통해 증착시키는 조성물 및 방법이 본원에 기술된다. 본원에 기술된 조성물 및 방법을 사용하여 증착된 막은 희석된 플루오르화수소산 중에서 측정된 바와 같은 열 산화규소보다 적어도 0.5배 더 낮은 에칭 속도(예를 들어, 희석된 HF(0.5 중량%, 즉, 1:99 희석된 HF) 중에서 약 0.22 Å/s 이하 또는 약 0.15 Å/s 이하), 또는 열 산화규소의 에칭 속도의 최대 0.1배인 에칭 속도(0.15 Å/s), 또는 열 산화규소의 에칭 속도의 최대 0.05배인 에칭 속도(0.02 Å/s), 또는 열 산화규소의 에칭 속도의 최대 0.01배인 에칭 속도와 같은 매우 낮은 에칭 속도를 나타내며, 다른 조정 가능한 특성, 예컨대, 제한 없이, 밀도, 유전 상수, 굴절률, 및 원소 조성에서 변동성을 나타낸다.Described herein are compositions and methods for depositing silicon-containing films that are carbon-doped (e.g., having a carbon content of greater than or equal to about 10 at. % as measured by XPS) via a deposition process, such as, without limitation, a thermal atomic layer deposition process. Films deposited using the compositions and methods described herein exhibit very low etch rates, such as an etch rate that is at least 0.5 times lower than thermal silicon oxide as measured in diluted hydrofluoric acid (e.g., about 0.22 Å/s or less, or about 0.15 Å/s or less in diluted HF (0.5 wt %, i.e., 1:99 diluted HF)), or an etch rate that is at most 0.1 times the etch rate of thermal silicon oxide (0.15 Å/s), or an etch rate that is at most 0.05 times the etch rate of thermal silicon oxide (0.02 Å/s), or an etch rate that is at most 0.01 times the etch rate of thermal silicon oxide), and exhibit other tunable properties, such as, but not limited to, variability in density, dielectric constant, refractive index, and elemental composition.
특정 실시양태에서, 본원에 기술된 규소 전구체, 및 이를 사용하는 방법은 하기 방식으로 하기 특징 중 하나 이상을 부여한다. 먼저, 증착 직후의, 반응성 탄소 도핑된 질화규소 막은 2개의 Si-C-Si 결합을 포함하는 규소 전구체, 및 질소 공급원을 사용하여 형성된다. 어떠한 이론이나 설명에 얽매이고 싶지는 않지만, 규소 전구체로부터의 Si-C-Si 결합 중 일부는 생성된 증착 직후의 막에 남아 있고 XPS에 의해 측정될 때 적어도 10 at. % 이상의 높은 탄소 함량(예를 들어, 약 20 내지 약 30 at. %, 약 10 내지 약 20 at. % 및 일부 경우에는, 약 10 내지 약 15 at. % 탄소)을 제공하는 것으로 여겨진다. 두 번째로, 증착 직후의 막을 물과 같은 산소 공급원에 증착 공정 중 간헐적으로 노출시키거나, 후증착 처리로서 노출시키거나, 또는 이들을 조합하여 노출시키는 경우, 막 중 질소 함량의 적어도 일부 또는 전부가 산소로 전환되어 탄소 도핑된 산화규소 또는 탄소 도핑된 산질화규소 막으로부터 선택되는 막을 제공한다. 증착 직후의 막 중 질소는 하나 이상의 질소 함유 부산물, 예컨대 암모니아 또는 아민 기로서 방출된다.In certain embodiments, the silicon precursors, and methods of using same, described herein impart one or more of the following characteristics in the following manner. First, an as-deposited, reactive carbon-doped silicon nitride film is formed using a silicon precursor comprising two Si-C-Si bonds, and a nitrogen source. Without wishing to be bound by any theory or explanation, it is believed that some of the Si-C-Si bonds from the silicon precursor remain in the resulting as-deposited film and provide a high carbon content of at least 10 at. % or greater as measured by XPS (e.g., about 20 to about 30 at. %, about 10 to about 20 at. %, and in some cases, about 10 to about 15 at. % carbon). Secondly, when the immediately post-deposited film is intermittently exposed to an oxygen source such as water during the deposition process, as a post-deposition treatment, or a combination thereof, at least a portion or all of the nitrogen content in the film is converted to oxygen, thereby providing a film selected from a carbon-doped silicon oxide or carbon-doped silicon oxynitride film. The nitrogen in the immediately post-deposited film is released as one or more nitrogen-containing byproducts, such as ammonia or amine groups.
이 실시양태 또는 다른 실시양태에서, 최종 막은 다공성이고 약 1.7 그램/입방 센티미터(g/cc) 이하의 밀도 및 0.5 중량% 희석된 플루오르화수소 중에서 0.20 Å/s 이하의 에칭 속도를 갖는다.In this or other embodiments, the final film is porous and has a density of less than or equal to about 1.7 grams per cubic centimeter (g/cc) and an etch rate of less than or equal to 0.20 Å/s in 0.5 wt % diluted hydrogen fluoride.
한 양태에서, 규소 함유 막을 증착시키기 위한 조성물은 (a) 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄; 및 (B) 메시틸렌을 포함한다. 일부 실시양태에서, 조성물은 통상적인 직접 액체 주입 장비 및 방법을 사용하여 규소 함유 막에 대한 반응기 챔버로 직접 액체 주입을 통해 전달될 수 있다. 용매 중 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄의 농도는 선택된 용매에 따라 1 내지 90 중량%, 바람직하게는 10 내지 80 중량%, 가장 바람직하게는 15 내지 60 중량% 범위일 수 있다.In one embodiment, a composition for depositing a silicon-containing film comprises (a) 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclobutane; and (B) mesitylene. In some embodiments, the composition can be delivered via direct liquid injection into a reactor chamber for the silicon-containing film using conventional direct liquid injection equipment and methods. The concentration of 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclobutane in the solvent can range from 1 to 90 wt %, preferably from 10 to 80 wt %, and most preferably from 15 to 60 wt %, depending on the solvent selected.
메시틸렌이 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄의 정상 비점과 매우 유사한 정상 비점(각각 165℃ 및 167℃)을 가지므로 메시틸렌은 조성물에 대한 최적 용매이다. 이 조성물의 2개의 성분은 관심 온도 범위에 걸쳐 유사한 비점 및 유사한 증기압 곡선을 갖는다. 클로로실란 화학물질과 용매의 휘발성의 유사성은, 배합된 생성물이 기상 전달 중에 고갈됨에 따라 증기 스트림의 조성과 액체 배합된 생성물의 조성이 일정하게 유지되도록 보장한다. 배합된 생성물의 액상 및 기상 조성의 이러한 일정성은, 신뢰할 수 있고, 강력한 증착 공정을 보장하는 데 중요하다. 메시틸렌은 또한 소수성이고, 따라서, 분자체로 처리하는 것과 같은 실용적인 공지된 방법에 의해 용이하게 건조시켜 10 ppm 미만의 물 또는 바람직하게는 5 ppm 미만의 물을 갖는 용매를 제조할 수 있다. 이러한 낮은 물 수준을 달성하는 것은, 이것이 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄과 같은 클로로실란이 용매에 용해될 때 HCl과 같은 산성 부산물이 형성되는 양을 최소화할 것이기 때문에 가장 중요하다. 최종 블렌딩된 생성물에서 미량의 HCl을 제거하거나 또는 감소시키는 것은 스테인리스 강과 같은 일반적인 용기 구성 물질과 호환되는 배합된 생성물을 달성하는 데 매우 중요하다.Mesitylene is the optimal solvent for the composition because it has a normal boiling point very similar to that of 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclobutane (165°C and 167°C, respectively). The two components of the composition have similar boiling points and similar vapor pressure curves over the temperature range of interest. The similarity in volatility of the chlorosilane chemical and the solvent ensures that the composition of the vapor stream and the composition of the liquid blended product remain constant as the blended product is depleted during vapor transport. This consistency of the liquid and vapor compositions of the blended product is important to ensure a reliable, robust deposition process. Mesitylene is also hydrophobic and therefore can be readily dried by practically known methods, such as treatment with molecular sieves, to produce a solvent having less than 10 ppm water, or preferably less than 5 ppm water. Achieving these low water levels is most important as this will minimize the amount of acidic byproducts such as HCl formed when chlorosilanes such as 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclobutane are dissolved in the solvent. Eliminating or reducing trace amounts of HCl in the final blended product is critical to achieving a compounded product that is compatible with common container construction materials such as stainless steel.
다른 양태에서, 탄소 도핑된 산화규소 막 및 탄소 도핑된 산질화규소 막으로부터 선택된 막을 기판의 적어도 한 표면 상에 증착시키는 방법으로서, 기판을 반응기에 배치하는 단계; 반응기를 약 25℃ 내지 약 550℃ 범위의 하나 이상의 온도로 가열하는 단계; 반응기에 (a) 전구체로서의 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄; 및 (b) 메시틸렌을 포함하는 배합물을 도입하는 단계; 반응기에 질소 공급원을 도입하여 전구체의 적어도 일부와 반응시킴으로써 탄소 도핑된 질화규소 막을 형성하는 단계; 및 탄소 도핑된 질화규소 막을 탄소 도핑된 산화규소 막 또는 탄소 도핑된 산질화규소 막으로 전환시키기에 충분한 조건 하에, 탄소 도핑된 질화규소 막을 약 25℃ 내지 1000℃ 또는 약 100℃ 내지 400℃ 범위의 하나 이상의 온도에서 산소 공급원으로 처리하는 단계를 포함하는, 탄소 도핑된 산화규소 막 및 탄소 도핑된 산질화규소 막으로부터 선택된 막을 기판의 적어도 한 표면 상에 증착시키는 방법이 제공된다. 특정 실시양태에서, 탄소 도핑된 산화규소 막 또는 탄소 도핑된 산질화규소 막은 XPS에 의해 측정될 때 약 10 원자량 퍼센트(at. %) 이상의 탄소 함량을 갖고 희석된 플루오르화수소산에서 측정될 때 열 산화규소의 에칭 속도의 최대 0.5배인 에칭 속도를 갖는다. 원하는 경우, 본 발명은 탄소 도핑된 규소 함유 막을 25℃ 내지 600℃에서 수소 또는 수소/불활성 플라즈마로 처리하는 단계를 추가로 포함한다.In another aspect, a method of depositing a film selected from a carbon-doped silicon oxide film and a carbon-doped silicon oxynitride film on at least one surface of a substrate, comprising: disposing the substrate in a reactor; heating the reactor to one or more temperatures in the range of about 25° C. to about 550° C.; introducing into the reactor a combination comprising (a) 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclobutane as a precursor; and (b) mesitylene; introducing into the reactor a nitrogen source to react with at least a portion of the precursor to form the carbon-doped silicon nitride film; And a method of depositing a film selected from a carbon-doped silicon oxide film and a carbon-doped silicon oxynitride film on at least one surface of a substrate is provided, comprising treating the carbon-doped silicon nitride film with an oxygen source at one or more temperatures in the range of from about 25° C. to 1000° C. or from about 100° C. to 400° C. under conditions sufficient to convert the carbon-doped silicon nitride film to a carbon-doped silicon oxide film or a carbon-doped silicon oxynitride film. In certain embodiments, the carbon-doped silicon oxide film or the carbon-doped silicon oxynitride film has a carbon content of at least about 10 atomic percent (at. %) as measured by XPS and has an etch rate that is at most 0.5 times the etch rate of thermal silicon oxide as measured in diluted hydrofluoric acid. If desired, the present invention further comprises treating the carbon-doped silicon-containing film with hydrogen or a hydrogen/inert plasma at 25° C. to 600° C.
특정 실시양태에서, 규소 함유 막은 규소 및 질소를 포함한다. 이들 실시양태에서, 본원에 기술된 방법을 사용하여 증착된 규소 함유 막은 질소 함유 공급원의 존재 하에 형성된다. 질소 함유 공급원은 적어도 하나의 질소 공급원의 형태로 반응기에 도입될 수 있고/있거나 증착 공정에서 사용되는 다른 전구체에 우연히 존재할 수 있다.In certain embodiments, the silicon-containing film comprises silicon and nitrogen. In these embodiments, the silicon-containing film deposited using the methods described herein is formed in the presence of a nitrogen-containing source. The nitrogen-containing source may be introduced to the reactor in the form of at least one nitrogen source and/or may be incidentally present in other precursors used in the deposition process.
적합한 질소 함유 가스 또는 질소 공급원 가스는, 예를 들어 암모니아, 암모니아 플라즈마, 히드라진, 모노알킬히드라진, 대칭 또는 비대칭 디알킬히드라진, 유기아민, 예컨대 메틸아민, 에틸아민, 에틸렌디아민, 에탄올아민, 피페라진, N,N'-디메틸에틸렌디아민, 이미다졸리딘, 시클로트리메틸렌트리아민, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.Suitable nitrogen containing gases or nitrogen source gases can include, for example, ammonia, ammonia plasma, hydrazine, monoalkylhydrazines, symmetrical or asymmetrical dialkylhydrazines, organic amines such as methylamine, ethylamine, ethylenediamine, ethanolamine, piperazine, N,N'-dimethylethylenediamine, imidazolidine, cyclotrimethylenetriamine, and combinations thereof.
다른 양태에서, 열 ALD 공정을 통해 15 at. % 내지 30 at.% 범위의 탄소 함량을 갖는 탄소 도핑된 산화규소 막을 형성하는 방법으로서, a) 표면 특징부를 포함하는 하나 이상의 기판을 반응기에 배치하는 단계; b) 반응기를 주위 온도 내지 약 550℃ 범위의 하나 이상의 온도로 가열하고 선택적으로 반응기를 100 torr 이하의 압력으로 유지하는 단계; c) 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄 및 메시틸렌을 포함하는 조성물을 반응기에 도입하는 단계; d) 불활성 가스로 퍼징하는 단계; e) 반응기에 질소 공급원을 제공하여 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄과 반응시킴으로써 탄소 도핑된 질화규소 막을 형성하는 단계; f) 불활성 가스로 퍼징하여 반응 부산물을 제거하는 단계; g) 단계 c 내지 f를 반복하여 탄소 도핑된 질화규소 막의 원하는 두께를 제공하는 단계; h) 생성된 탄소 도핑된 질화규소 막을 약 주위 온도 내지 약 1000℃ 또는 약 100℃ 내지 약 400℃ 범위의 하나 이상의 온도에서 산소 공급원으로 처리하여 탄소 도핑된 질화규소 막을 탄소 도핑된 산화규소 막으로 전환시키는 단계; 및 탄소 도핑된 산화규소 막을 수소를 포함하는 플라즈마에 노출시키는 후증착을 제공하는 단계를 포함하는, 열 ALD 공정을 통해 15 at. % 내지 30 at.% 범위의 탄소 함량을 갖는 탄소 도핑된 산화규소 막을 형성하는 방법이 제공된다.In another aspect, a method of forming a carbon-doped silicon nitride film having a carbon content in the range of 15 at. % to 30 at. % via a thermal ALD process, comprising the steps of: a) disposing one or more substrates comprising surface features into a reactor; b) heating the reactor to one or more temperatures in the range of ambient temperature to about 550° C. and optionally maintaining the reactor at a pressure of less than or equal to 100 torr; c) introducing a composition comprising 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclobutane and mesitylene into the reactor; d) purging with an inert gas; e) providing a nitrogen source to the reactor to react with the 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclobutane to form the carbon-doped silicon nitride film; f) purging with an inert gas to remove reaction byproducts; g) repeating steps c through f to provide a desired thickness of the carbon-doped silicon nitride film. h) treating the formed carbon-doped silicon nitride film with an oxygen source at one or more temperatures ranging from about ambient temperature to about 1000° C. or from about 100° C. to about 400° C. to convert the carbon-doped silicon nitride film into a carbon-doped silicon oxide film; and providing a post-deposition step of exposing the carbon-doped silicon oxide film to a plasma comprising hydrogen. A method is provided for forming a carbon-doped silicon oxide film having a carbon content in the range of 15 at. % to 30 at. % by a thermal ALD process.
다른 실시양태에서, 열 ALD 공정을 통해 15 at % 내지 30 at.% 범위의 탄소 함량을 갖는 탄소 도핑된 산화규소 막을 형성하는 방법으로서, a) 표면 특징부를 포함하는 하나 이상의 기판을 반응기에 배치하는 단계; b) 반응기를 주위 온도 내지 약 150℃ 범위의 하나 이상의 온도로 가열하고 선택적으로 반응기를 100 torr 이하의 압력으로 유지하는 단계; c) 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄, 메시틸렌, 및 촉매를 포함하는 조성물을 반응기에 도입하는 단계; d) 불활성 가스로 퍼징하는 단계; e) 반응기에 물의 증기를 제공하여 촉매의 존재 하에 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄과 반응시킴으로써 탄소 도핑된 산화규소 증착 직후의 막을 형성하는 단계; 및 f) 불활성 가스로 퍼징하여 반응 부산물을 제거하는 단계를 포함하고, 단계 c) 내지 f)를 반복하여 탄소 도핑된 산화규소 막의 원하는 두께를 제공하는, 열 ALD 공정을 통해 15 at % 내지 30 at.% 범위의 탄소 함량을 갖는 탄소 도핑된 산화규소 막을 형성하는 방법이 제공된다.In another embodiment, a method of forming a carbon-doped silicon oxide film having a carbon content in the range of 15 at. % to 30 at. % via a thermal ALD process, comprising: a) disposing one or more substrates comprising surface features in a reactor; b) heating the reactor to one or more temperatures in the range of ambient temperature to about 150° C. and optionally maintaining the reactor at a pressure of less than or equal to 100 torr; c) introducing a composition comprising 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclobutane, mesitylene, and a catalyst into the reactor; d) purging with an inert gas; e) providing water vapor to the reactor to react with the 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclobutane in the presence of the catalyst to form a film immediately following the carbon-doped silicon oxide deposition; And f) a step of purging with an inert gas to remove reaction by-products, and repeating steps c) to f) to provide a desired thickness of the carbon-doped silicon oxide film. A method for forming a carbon-doped silicon oxide film having a carbon content in the range of 15 at. % to 30 at. % is provided through a thermal ALD process.
본원에 기술?? 방법의 한 실시양태에서, 열 ALD 공정 및 수소를 포함하는 플라즈마를 사용하여 5 at. % 내지 20 at. % 범위의 탄소 함량을 갖는 탄소 도핑된 산화규소 막을 증착시켜 막 특성을 개선한다. 이 실시양태에서, 방법은In one embodiment of the method described herein, a carbon-doped silicon oxide film having a carbon content in the range of 5 at. % to 20 at. % is deposited using a thermal ALD process and a plasma comprising hydrogen to improve film properties. In this embodiment, the method
a. 표면 특징부를 포함하는 하나 이상의 기판을 반응기에 배치하는 단계;a. A step of placing one or more substrates including surface features into a reactor;
b. 반응기를 주위 온도 내지 약 550℃ 범위의 하나 이상의 온도로 가열하고 선택적으로 반응기를 100 torr 이하의 압력으로 유지하는 단계;b. heating the reactor to one or more temperatures ranging from ambient temperature to about 550°C and optionally maintaining the reactor at a pressure of less than 100 torr;
c. 규소 전구체로서의 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄 및 메시틸렌을 포함하는 조성물을 반응기에 도입하는 단계;c. A step of introducing a composition comprising 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclobutane and mesitylene as a silicon precursor into a reactor;
d. 불활성 가스로 퍼징함으로써 미반응 규소 전구체를 제거하고 퍼지 가스 및 규소 전구체를 포함하는 조성물을 형성하는 단계;d. A step of removing unreacted silicon precursor by purging with an inert gas and forming a composition comprising the purge gas and the silicon precursor;
e. 반응기에 질소 공급원을 제공하여 질소 전구체와 반응시킴으로써 탄소 도핑된 질화규소 막을 형성하는 단계;e. A step of forming a carbon-doped silicon nitride film by providing a nitrogen source to the reactor and reacting with a nitrogen precursor;
f. 불활성 가스로 퍼징하여 반응 부산물을 제거하는 단계;f. A step of removing reaction by-products by purging with an inert gas;
g. 단계 c 내지 f를 반복하여 탄소 도핑된 질화규소 막의 원하는 두께를 제공하는 단계;g. Repeating steps c to f to provide a desired thickness of the carbon-doped silicon nitride film;
h. 탄소 도핑된 질화규소 막을 약 주위 온도 내지 1000℃ 또는 약 100℃ 내지 400℃ 범위의 하나 이상의 온도에서 산소 공급원으로 처리하여 계내에서 또는 다른 챔버에서 탄소 도핑된 질화규소 막을 탄소 도핑된 산화규소 막으로 전환시키는 후증착을 제공하는 단계; 및h. a step of post-deposition, wherein the carbon-doped silicon nitride film is treated with an oxygen source at one or more temperatures ranging from about ambient temperature to 1000° C. or from about 100° C. to 400° C. to convert the carbon-doped silicon nitride film to a carbon-doped silicon oxide film, either in situ or in another chamber; and
i. 막 특성을 개선하기 위해 탄소 도핑된 산화규소 막을 수소를 포함하는 플라즈마에 노출시켜 막의 특성 중 적어도 하나를 개선하는 후증착을 제공하는 단계;i. a step of exposing a carbon-doped silicon oxide film to a plasma containing hydrogen to provide a post-deposition that improves at least one of the properties of the film;
j. 선택적으로 탄소 도핑된 산화규소 막을 400 내지 1000℃의 온도에서의 스파이크 어닐링 또는 UV 광원으로 처리하는 후증착 단계j. Optionally, a post-deposition step of treating a carbon-doped silicon oxide film with spike annealing at a temperature of 400 to 1000°C or with a UV light source.
를 포함한다. 이 실시양태 또는 다른 실시양태에서, UV 노출 단계는 막 증착 중에 수행되거나, 또는 증착이 완료되면 수행될 수 있다.In this or other embodiments, the UV exposure step may be performed during film deposition, or may be performed after deposition is complete.
한 실시양태에서, 기판은 적어도 하나의 특징부를 포함하고, 특징부는 1:9의 종횡비, 180 nm의 개구부를 갖는 패턴 트렌치를 포함한다.In one embodiment, the substrate comprises at least one feature, the feature comprising a patterned trench having an aspect ratio of 1:9 and an opening of 180 nm.
다른 실시양태에서, 열 ALD 공정 및 수소를 포함하는 플라즈마를 사용하여 5 at. % 내지 20 at. % 범위의 탄소 함량을 갖는 탄소 도핑된 산화규소 막을 증착시킴으로써 막 특성을 개선하는 방법이 개시된다. 이 실시양태에서, 방법은In another embodiment, a method of improving film properties by depositing a carbon-doped silicon oxide film having a carbon content in the range of 5 at. % to 20 at. % using a thermal ALD process and a plasma comprising hydrogen is disclosed. In this embodiment, the method
a. 표면 특징부를 포함하는 하나 이상의 기판을 반응기에 배치하는 단계;a. A step of placing one or more substrates including surface features into a reactor;
b. 반응기를 주위 온도 내지 약 550℃ 범위의 하나 이상의 온도로 가열하고 선택적으로 반응기를 100 torr 이하의 압력으로 유지하는 단계;b. heating the reactor to one or more temperatures ranging from ambient temperature to about 550°C and optionally maintaining the reactor at a pressure of less than 100 torr;
c. 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄, 그리고 메시틸렌, 2-메틸-노난, 1,2,4,5-테트라메틸피페라진, 에톡시-벤젠, 및 1-에틸-4-메틸-벤젠으로 이루어진 군으로부터 선택된 용매를 포함하는 조성물을 반응기에 도입하는 단계;c. introducing into the reactor a composition comprising 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclobutane and a solvent selected from the group consisting of mesitylene, 2-methyl-nonane, 1,2,4,5-tetramethylpiperazine, ethoxy-benzene, and 1-ethyl-4-methyl-benzene;
d. 불활성 가스로 퍼징함으로써 미반응 규소 전구체를 제거하고 퍼지 가스 및 규소 전구체를 포함하는 조성물을 형성하는 단계;d. A step of removing unreacted silicon precursor by purging with an inert gas and forming a composition comprising the purge gas and the silicon precursor;
e. 반응기에 질소 공급원을 제공하여 표면과 반응시킴으로써 탄소 도핑된 규소 막을 형성하는 단계;e. A step of forming a carbon-doped silicon film by providing a nitrogen source to the reactor to react with the surface;
f. 불활성 가스로 퍼징하여 반응 부산물을 제거하는 단계;f. A step of removing reaction by-products by purging with an inert gas;
g. 단계 c 내지 f를 반복하여 탄소 도핑된 질화규소 막의 원하는 두께를 제공하는 단계;g. Repeating steps c to f to provide a desired thickness of the carbon-doped silicon nitride film;
h. 탄소 도핑된 질화규소 막을 약 주위 온도 내지 1000℃ 또는 약 100℃ 내지 400℃ 범위의 하나 이상의 온도에서 산소 공급원으로 처리하여 계내에서 또는 다른 챔버에서 탄소 도핑된 질화규소 막을 탄소 도핑된 산화규소 막으로 전환시키는 후증착을 제공하는 단계; 및 h. a step of post-deposition, wherein the carbon-doped silicon nitride film is treated with an oxygen source at one or more temperatures ranging from about ambient temperature to 1000° C. or from about 100° C. to 400° C. to convert the carbon-doped silicon nitride film to a carbon-doped silicon oxide film, either in situ or in another chamber; and
i. 탄소 도핑된 산화규소 막을 수소를 포함하는 플라즈마에 노출시켜 막의 특성 중 적어도 하나를 개선하는 후증착을 제공하는 단계; 및i. a step of exposing a carbon-doped silicon oxide film to a plasma containing hydrogen to provide a post-deposition that improves at least one of the properties of the film; and
j. 선택적으로 탄소 도핑된 산화규소 막을 400 내지 1000℃의 온도에서의 스파이크 어닐링 또는 UV 광원으로 처리하는 후증착 단계j. Optionally, a post-deposition step of treating a carbon-doped silicon oxide film with spike annealing at a temperature of 400 to 1000°C or with a UV light source.
를 포함한다. 이 실시양태 또는 다른 실시양태에서, UV 노출 단계는 막 증착 중에 수행되거나, 또는 증착이 완료되면 수행될 수 있다.In this or other embodiments, the UV exposure step may be performed during film deposition, or may be performed after deposition is complete.
본원에 기술된 방법의 실시양태에서, 열 ALD 공정 및 수소를 포함하는 플라즈마를 사용하여 15 at. % 내지 30 at.% 범위의 탄소 함량을 갖는 탄소 도핑된 산화규소 막을 증착시켜 막 특성을 개선한다. 이 실시양태에서, 방법은In an embodiment of the method described herein, a carbon-doped silicon oxide film having a carbon content in the range of 15 at. % to 30 at. % is deposited using a thermal ALD process and a plasma comprising hydrogen to improve film properties. In this embodiment, the method
a. 표면 특징부를 포함하는 하나 이상의 기판을 반응기에(예를 들어, 통상적인 ALD 반응기에) 배치하는 단계;a. placing one or more substrates including surface features into a reactor (e.g., a conventional ALD reactor);
b. 반응기를 주위 온도 내지 약 550℃ 범위의 하나 이상의 온도로 가열하고 선택적으로 반응기를 100 torr 이하의 압력으로 유지하는 단계;b. heating the reactor to one or more temperatures ranging from ambient temperature to about 550°C and optionally maintaining the reactor at a pressure of less than 100 torr;
c. 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄 및 메시틸렌을 포함하는 조성물을 반응기에 도입하는 단계;c. A step of introducing a composition comprising 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclobutane and mesitylene into a reactor;
d. 불활성 가스로 퍼징하는 단계;d. Step of purging with inert gas;
e. 반응기에 질소 공급원을 제공하여 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄과 반응시켜 탄소 도핑된 질화규소 막을 형성하는 단계;e. A step of providing a nitrogen source to the reactor to react with 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclobutane to form a carbon-doped silicon nitride film;
f. 불활성 가스로 퍼징하여 반응 부산물을 제거하는 단계;f. A step of removing reaction by-products by purging with an inert gas;
g. 단계 c 내지 f를 반복하여 탄소 도핑된 질화규소 막의 원하는 두께를 제공하는 단계;g. Repeating steps c to f to provide a desired thickness of the carbon-doped silicon nitride film;
h. 탄소 도핑된 질화규소 막을 약 주위 온도 내지 1000℃ 또는 약 100℃ 내지 400℃ 범위의 하나 이상의 온도에서 산소 공급원으로 처리하여 계내에서 또는 다른 챔버에서 탄소 도핑된 질화규소 막을 탄소 도핑된 산화규소 막으로 전환시키는 후증착을 제공하는 단계;h. a step of post-deposition, in situ or in another chamber, of converting the carbon-doped silicon nitride film into a carbon-doped silicon oxide film by treating the carbon-doped silicon nitride film with an oxygen source at one or more temperatures ranging from about ambient temperature to 1000° C. or from about 100° C. to 400° C.;
i. 탄소 도핑된 산화규소 막을 수소를 포함하는 플라즈마에 노출시켜 막의 물리적 특성 중 적어도 하나를 개선하는 후증착을 제공하는 단계; 및i. a step of exposing a carbon-doped silicon oxide film to a plasma containing hydrogen to provide a post-deposition that improves at least one of the physical properties of the film; and
j. 선택적으로 탄소 도핑된 산화규소 막을 400 내지 1000℃의 온도에서의 열 어닐링 또는 UV 광원으로 처리하는 후증착 단계j. Optionally, a post-deposition step of thermal annealing the carbon-doped silicon oxide film at a temperature of 400 to 1000°C or treating it with a UV light source.
를 포함한다.Includes.
이 실시양태 또는 다른 실시양태에서, UV 노출 단계는 막 증착 중에 수행되거나, 또는 증착이 완료되면 수행될 수 있다.In this or other embodiments, the UV exposure step can be performed during film deposition, or after deposition is complete.
본원에 기술된 방법의 또 다른 추가 실시양태에서, 규소 함유 막은 암모니아 또는 유기 아민을 포함하는 촉매를 사용하는 열 ALD 공정을 사용하여 증착된다. 이 실시양태에서, 방법은In another further embodiment of the method described herein, the silicon-containing film is deposited using a thermal ALD process using a catalyst comprising ammonia or an organic amine. In this embodiment, the method comprises:
a. 표면 특징부를 포함하는 하나 이상의 기판을 반응기에 배치하는 단계;a. A step of placing one or more substrates including surface features into a reactor;
b. 반응기를 주위 온도 내지 약 150℃ 범위의 하나 이상의 온도로 가열하고 선택적으로 반응기를 100 torr 이하의 압력으로 유지하는 단계;b. heating the reactor to one or more temperatures ranging from ambient temperature to about 150°C and optionally maintaining the reactor at a pressure of less than 100 torr;
c. 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄, 메시틸렌, 및 촉매를 포함하는 조성물을 반응기에 도입하는 단계;c. A step of introducing a composition comprising 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclobutane, mesitylene, and a catalyst into a reactor;
d. 불활성 가스로 퍼징하는 단계;d. Step of purging with inert gas;
e. 물의 증기를 반응기에 제공하여 촉매의 존재 하에 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄과 반응시킴으로써 탄소 도핑된 산화규소 증착 직후의 막을 형성하는 단계;e. A step of forming a film immediately after carbon-doped silicon oxide deposition by providing water vapor to a reactor to react with 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclobutane in the presence of a catalyst;
f. 불활성 가스로 퍼징하여 반응 부산물을 제거하는 단계;f. A step of removing reaction by-products by purging with an inert gas;
g. 단계 c 내지 f를 반복하여 탄소 도핑된 산화규소 막의 원하는 두께를 제공하는 단계;g. Repeating steps c to f to provide a desired thickness of the carbon-doped silicon oxide film;
h. 막을 수소를 포함하는 플라즈마에 노출시켜 막의 특성 중 적어도 하나를 개선하는 후증착을 제공하는 단계; 및h. a step of exposing the film to a plasma containing hydrogen to provide a post-deposition that improves at least one of the properties of the film; and
i. 선택적으로 탄소 도핑된 산화규소 막을 400 내지 1000℃의 온도에서의 스파이크 어닐링 또는 UV 광원으로 처리하는 후증착 단계i. Post-deposition step of optionally treating a carbon-doped silicon oxide film with spike annealing at a temperature of 400 to 1000°C or with a UV light source.
를 포함한다. 이 실시양태 또는 다른 실시양태에서, UV 노출 단계는 막 증착 중에 수행되거나, 또는 증착이 완료되면 수행될 수 있다.In this or other embodiments, the UV exposure step may be performed during film deposition, or may be performed after deposition is complete.
이 실시양태 또는 다른 실시양태에서, 촉매는 피리딘, 피페라진, 암모니아, 트리에틸아민 또는 다른 유기 아민과 같은 루이스 염기로부터 선택된다. 루이스 염기 증기의 양은 단계 c 동안의 규소 전구체 증기의 양에 대해 적어도 1 등가물이다.In this or other embodiments, the catalyst is selected from a Lewis base such as pyridine, piperazine, ammonia, triethylamine or other organic amines. The amount of Lewis base vapor is at least 1 equivalent to the amount of silicon precursor vapor during step c.
특정 실시양태에서, 생성된 탄소 도핑된 산화규소 막은 수소 플라즈마 처리에 노출되기 전에 Si-Me 또는 Si-H 또는 둘 다를 갖는 유기아미노실란 또는 클로로실란에 노출되어 소수성 박막을 형성한다. 적합한 유기아미노실란은 디에틸아미노트리메틸실란, 디메틸아미노트리메틸실란, 에틸메틸아미노트리메틸실란, t-부틸아미노트리메틸실란, 이소-프로필아미노트리메틸실란, 디-이소프로필아미노트리메틸실란, 피롤리디노트리메틸실란, 디에틸아미노디메틸실란, 디메틸아미노디메틸실란, 에틸메틸아미노디메틸실란, t-부틸아미노디메틸실란, 이소-프로필아미노디메틸실란, 디-이소프로필아미노디메틸실란, 피롤리디노디메틸실란, 비스(디에틸아미노)디메틸실란, 비스(디메틸아미노)디메틸실란, 비스(에틸메틸아미노)디메틸실란, 비스(디-이소프로필아미노)디메틸실란, 비스(이소-프로필아미노)디메틸실란, 비스(tert-부틸아미노)디메틸실란, 디피롤리디노디메틸실란, 비스(디에틸아미노)디에틸실란, 비스(디에틸아미노)메틸비닐실란, 비스(디메틸아미노)메틸비닐실란, 비스(에틸메틸아미노)메틸비닐실란, 비스(디-이소프로필아미노)메틸비닐실란, 비스(이소-프로필아미노)메틸비닐실란, 비스(tert-부틸아미노)메틸비닐실란, 디피롤리디노메틸비닐실란, 2,6-디메틸피페리디노메틸실란, 2,6-디메틸피페리디노디메틸실란, 2,6-디메틸피페리디노트리메틸실란, 트리스(디메틸아미노)페닐실란, 트리스(디메틸아미노)메틸실란, 디-이소-프로필아미노실란, 디-sec-부틸아미노실란, 클로로디메틸실란, 클로로트리메틸실란, 디클로로메틸실란, 및 디클로로디메틸실란을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.In certain embodiments, the resulting carbon-doped silicon oxide film is exposed to an organoaminosilane or chlorosilane having Si-Me or Si-H or both prior to exposure to hydrogen plasma treatment to form a hydrophobic thin film. Suitable organoaminosilanes are diethylaminotrimethylsilane, dimethylaminotrimethylsilane, ethylmethylaminotrimethylsilane, t-butylaminotrimethylsilane, iso-propylaminotrimethylsilane, di-isopropylaminotrimethylsilane, pyrrolidinotrimethylsilane, diethylaminodimethylsilane, dimethylaminodimethylsilane, ethylmethylaminodimethylsilane, t-butylaminodimethylsilane, iso-propylaminodimethylsilane, di-isopropylaminodimethylsilane, pyrrolidinodimethylsilane, bis(diethylamino)dimethylsilane, bis(dimethylamino)dimethylsilane, bis(ethylmethylamino)dimethylsilane, bis(di-isopropylamino)dimethylsilane, bis(iso-propylamino)dimethylsilane, bis(tert-butylamino)dimethylsilane, dipyrrolidinodimethylsilane, bis(diethylamino)diethylsilane, Bis(diethylamino)methylvinylsilane, bis(dimethylamino)methylvinylsilane, bis(ethylmethylamino)methylvinylsilane, bis(di-isopropylamino)methylvinylsilane, bis(iso-propylamino)methylvinylsilane, bis(tert-butylamino)methylvinylsilane, dipyrrolidinomethylvinylsilane, 2,6-dimethylpiperidinomethylsilane, 2,6-dimethylpiperidinodimethylsilane, 2,6-dimethylpiperidinotrimethylsilane, tris(dimethylamino)phenylsilane, tris(dimethylamino)methylsilane, di-iso-propylaminosilane, di-sec-butylaminosilane, chlorodimethylsilane, chlorotrimethylsilane, dichloromethylsilane, and dichlorodimethylsilane.
다른 실시양태에서, 생성된 탄소 도핑된 산화규소 막은 수소 플라즈마 처리에 노출되기 전에 Si-Me 또는 Si-H 또는 둘 다를 갖는 알콕시실란 또는 환형 알콕시실란에 노출되어 소수성 박막을 형성한다. 적합한 알콕시실란 또는 환형 알콕시실란은 디에톡시메틸실란, 디메톡시메틸실란, 디에톡시디메틸실란, 디메톡시디메틸실란, 2,4,6,8-테트라메틸시클로테트라실록산, 또는 옥타메틸시클로테트라실록산을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 어떠한 이론이나 설명에 얽매이고 싶지는 않지만, 유기아미노실란 또는 알콕시실란 또는 환형 알콕시실란에 의해 형성된 박막은 플라즈마 애싱 공정 중에 조밀한 탄소 도핑된 산화규소로 전환되어, 애싱 저항성을 더 증가시킬 수 있는 것으로 여겨진다.In another embodiment, the formed carbon-doped silicon oxide film is exposed to an alkoxysilane or a cyclic alkoxysilane having Si-Me or Si-H or both prior to exposure to the hydrogen plasma treatment to form a hydrophobic thin film. Suitable alkoxysilanes or cyclic alkoxysilanes include, but are not limited to, diethoxymethylsilane, dimethoxymethylsilane, diethoxydimethylsilane, dimethoxydimethylsilane, 2,4,6,8-tetramethylcyclotetrasiloxane, or octamethylcyclotetrasiloxane. Without wishing to be bound by any theory or explanation, it is believed that the thin film formed by the organoaminosilane or the alkoxysilane or the cyclic alkoxysilane is converted to a dense carbon-doped silicon oxide during the plasma ashing process, which may further increase the ashing resistance.
다른 실시양태에서, 본원에 기술된 하나 이상의 규소 전구체 화합물을 포함하는 규소 함유 막을 증착시키기 위한 용기가 제공된다. 한 특정 실시양태에서, 용기는 적어도 하나의 가압 가능한 용기(바람직하게는 그 개시내용이 본원에 참조로 포함된 미국 특허 번호 US7334595; US6077356; US5069244; 및 US5465766에 개시된 바와 같은 설계를 갖는 스테인리스 강으로 이루어짐)를 포함한다. 용기는 CVD 또는 ALD 공정을 위해 반응기에 하나 이상의 전구체를 전달할 수 있게 적절한 밸브 및 피팅이 장착된 유리(붕규산 또는 석영 유리) 또는 유형 316, 316L, 304 또는 304L 스테인리스 강 합금(UNS 명칭 S31600, S31603, S30400 S30403)을 포함할 수 있다. 이 실시양태 또는 다른 실시양태에서, 규소 전구체는 스테인리스 강으로 구성된 가압 가능한 용기에 제공되며, 전구체의 순도는 중량을 기준으로 98% 이상 또는 99.5% 이상이고, 이는 반도체 적용예에 적합하다. 규소 전구체 화합물은 바람직하게는 Al3+ 이온, Fe2+, Fe3+, Ni2+, Cr3+와 같은 금속 이온을 실질적으로 함유하지 않는다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "실질적으로 함유하지 않는"은 Al3+ 이온, Fe2+, Fe3+, Ni2+, Cr3+와 관련하여 약 5 ppm(중량 기준) 미만, 바람직하게는 약 3 ppm 미만, 및 더 바람직하게는 약 1 ppm 미만, 및 가장 바람직하게는 약 0.1 ppm을 의미한다. 특정 실시양태에서, 이러한 용기는 원하는 경우 전구체를 하나 이상의 추가 전구체와 혼합하기 위한 수단을 가질 수도 있다. 이들 실시양태 또는 다른 실시양태에서, 용기(들)의 내용물은 추가 전구체와 프리믹스될 수 있다. 대안적으로, 규소 전구체 및/또는 다른 전구체는 별도의 용기에서 유지되거나, 또는 보관 중에 규소 전구체 및 다른 전구체를 분리하여 유지하기 위한 분리 수단을 갖는 단일 용기에서 유지될 수 있다.In another embodiment, a vessel is provided for depositing a silicon-containing film comprising one or more silicon precursor compounds described herein. In one particular embodiment, the vessel comprises at least one pressurizable vessel (preferably made of stainless steel having a design as disclosed in U.S. Pat. Nos. US7334595; US6077356; US5069244; and US5465766, the disclosures of which are herein incorporated by reference). The vessel may comprise glass (borosilicate or quartz glass) or type 316, 316L, 304 or 304L stainless steel alloy (UNS designations S31600, S31603, S30400 S30403) equipped with suitable valves and fittings to enable delivery of one or more precursors to the reactor for a CVD or ALD process. In this or other embodiments, the silicon precursor is provided in a pressurizable vessel comprised of stainless steel, wherein the precursor has a purity of at least 98% or at least 99.5% by weight, which is suitable for semiconductor applications. The silicon precursor compound is preferably substantially free of metal ions, such as Al 3+ ions, Fe 2+ , Fe 3+ , Ni 2+ , Cr 3+ . As used herein, the term "substantially free" means less than about 5 ppm (by weight) of Al 3+ ions, Fe 2+ , Fe 3+ , Ni 2+ , Cr 3+ , preferably less than about 3 ppm, and more preferably less than about 1 ppm, and most preferably about 0.1 ppm. In certain embodiments, the vessel may have means for mixing the precursor with one or more additional precursors, if desired. In these or other embodiments, the contents of the vessel(s) may be premixed with the additional precursors. Alternatively, the silicon precursor and/or other precursors may be maintained in separate vessels, or in a single vessel having separation means for keeping the silicon precursor and other precursors separate during storage.
규소 함유 막은 반도체 기판과 같은 기판의 적어도 한 표면 상에 증착된다. 본원에 기술된 방법에서, 기판은 규소, 예컨대 결정질 규소 또는 비정질 규소, 산화규소, 질화규소, 비정질 탄소, 산탄화규소, 산질화규소, 탄화규소, 게르마늄, 게르마늄 도핑된 규소, 붕소 도핑된 규소, 금속, 예컨대 구리, 텅스텐, 알루미늄, 코발트, 니켈, 탄탈륨, 질화 금속, 예컨대 질화티타늄, 질화탄탈륨, 산화 금속, III/V족 금속 또는 준금속, 예컨대 GaAs, InP, GaP 및 GaN, 및 이들의 조합의 막을 포함하는 당업계에 공지된 다양한 물질로 이루어지고/지거나 코팅될 수 있다. 이들 코팅은 반도체 기판을 완전히 코팅할 수 있고, 다양한 물질의 다수의 층으로 이루어질 수 있으며, 부분적으로 에칭되어 물질의 하부 층을 노출시킬 수 있다. 표면은 또한 그 위에 패턴으로 노출되고 기판을 부분적으로 코팅하도록 개발된 포토레지스트 물질을 가질 수 있다. 특정 실시양태에서, 반도체 기판은 기공, 비아, 트렌치, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 표면 특징부를 포함한다. 규소 함유 막의 잠재적인 적용예는 FinFET 또는 나노시트를 위한 저 k 스페이서, 자체 정렬 패터닝 공정(예컨대 SADP, SAQP, 또는 SAOP)을 위한 희생 하드 마스크를 포함하지만 이에 한정되지 않는다.A silicon-containing film is deposited on at least one surface of a substrate, such as a semiconductor substrate. In the methods described herein, the substrate can be made of and/or coated with various materials known in the art, including films of silicon, such as crystalline silicon or amorphous silicon, silicon oxide, silicon nitride, amorphous carbon, silicon oxycarbide, silicon oxynitride, silicon carbide, germanium, germanium-doped silicon, boron-doped silicon, metals, such as copper, tungsten, aluminum, cobalt, nickel, tantalum, metal nitrides, such as titanium nitride, tantalum nitride, metal oxides, group III/V metals or metalloids, such as GaAs, InP, GaP and GaN, and combinations thereof. These coatings can completely coat the semiconductor substrate, can be made of multiple layers of the various materials, and can be partially etched to expose underlying layers of the materials. The surface may also have a photoresist material developed to be patterned thereon and to partially coat the substrate. In certain embodiments, the semiconductor substrate comprises at least one surface feature selected from the group consisting of pores, vias, trenches, and combinations thereof. Potential applications of the silicon-containing film include, but are not limited to, low k spacers for FinFETs or nanosheets, sacrificial hard masks for self-aligned patterning processes (e.g., SADP, SAQP, or SAOP).
규소 함유 막 또는 코팅을 형성하는 데 사용되는 증착 방법은 증착 공정이다. 본원에 개시된 방법에 적합한 증착 공정의 예시는 화학 기상 증착 공정 또는 원자층 증착 공정을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "화학 기상 증착 공정"은 기판 표면 상에서 반응하고/하거나 분해되어 원하는 증착을 생성하는 하나 이상의 휘발성 전구체에 기판이 노출되는 임의의 공정을 지칭한다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "원자층 증착 공정"은 다양한 조성의 기판 상에 물질의 막을 증착시키는 자기 제한적(예를 들어, 각각의 반응 사이클에서 증착되는 막 물질의 양이 일정함), 순차적 표면 화학을 지칭한다. 본원에 사용된 바와 같이, 용어 "열 원자층 증착 공정"은 계내 또는 원격 플라즈마를 사용하지 않는 실온 내지 600℃ 범위의 기판 온도에서의 원자층 증착 공정을 지칭한다. 본원에 사용된 전구체, 시약 및 공급원은 때때로 "가스상"으로 설명될 수 있지만, 전구체는 액체 또는 고체일 수 있고, 이는 불활성 가스와 함께 또는 불활성 가스 없이 직접 기화, 버블링 또는 승화를 통해 반응기로 수송되는 것으로 이해된다. 일부 경우에, 기화된 전구체는 플라즈마 발생기를 통과할 수 있다.The deposition process used to form the silicon-containing film or coating is a deposition process. Examples of deposition processes suitable for the methods disclosed herein include, but are not limited to, chemical vapor deposition processes or atomic layer deposition processes. As used herein, the term "chemical vapor deposition process" refers to any process in which a substrate is exposed to one or more volatile precursors that react and/or decompose on the substrate surface to produce the desired deposition. As used herein, the term "atomic layer deposition process" refers to a self-limiting (e.g., a constant amount of film material is deposited in each reaction cycle), sequential surface chemistry that deposits a film of material on a substrate of varying composition. As used herein, the term "thermal atomic layer deposition process" refers to an atomic layer deposition process at substrate temperatures ranging from room temperature to 600° C. without the use of an in situ or remote plasma. Although the precursors, reagents, and sources used herein may sometimes be described as "gaseous," it is understood that the precursors may be liquid or solid and are transported directly into the reactor by vaporization, bubbling, or sublimation, with or without an inert gas. In some cases, the vaporized precursor may be passed through a plasma generator.
한 실시양태에서, 규소 함유 막은 ALD 공정을 사용하여 증착된다. 다른 실시양태에서, 규소 함유 막은 CCVD 공정을 사용하여 증착된다. 추가 실시양태에서, 규소 함유 막은 열 ALD 공정을 사용하여 증착된다. 본원에 사용된 바와 같은 용어 "반응기"는, 제한 없이, 반응 챔버 또는 증착 챔버를 포함한다.In one embodiment, the silicon-containing film is deposited using an ALD process. In another embodiment, the silicon-containing film is deposited using a CCVD process. In a further embodiment, the silicon-containing film is deposited using a thermal ALD process. The term "reactor" as used herein includes, without limitation, a reaction chamber or a deposition chamber.
특정 실시양태에서, 본원에 개시된 방법은 반응기에 도입하기 전 및/또는 도입하는 동안 전구체(들)를 분리하는 ALD 또는 CCVD 방법을 사용함으로써 전구체(들)의 사전 반응을 방지한다. 이와 관련하여, ALD 또는 CCVD 공정과 같은 증착 기술이 규소 함유 막을 증착시키는 데 사용된다. 한 실시양태에서, 막은 기판 표면을 하나 이상의 규소 함유 전구체, 산소 공급원, 질소 함유 공급원, 또는 다른 전구체 또는 시약에 번갈아 노출시킴으로써 일반적인 단일 웨이퍼 ALD 반응기, 세미-배치 ALD 반응기, 또는 배치로 ALD 반응기에서 ALD 공정을 통해 증착된다. 막 성장은 표면 반응의 자체 제한적 제어, 각각의 전구체 또는 시약의 펄스 길이, 및 증착 온도에 의해 진행된다. 그러나, 기판의 표면이 포화되면, 막 성장이 중단된다. 다른 실시양태에서, 규소 전구체 및 반응성 가스를 포함하는 각각의 반응물은, 기판을 반응기의 상이한 섹션으로 이동하거나 회전시켜 기판에 노출되고, 각각의 섹션은 불활성 가스 커튼, 즉, 공간 ALD 반응기 또는 롤투롤 ALD 반응기에 의해 분리된다.In certain embodiments, the methods disclosed herein prevent pre-reaction of the precursor(s) by using an ALD or CCVD method that separates the precursor(s) prior to and/or during introduction into the reactor. In this regard, a deposition technique, such as an ALD or CCVD process, is used to deposit the silicon-containing film. In one embodiment, the film is deposited via an ALD process in a conventional single wafer ALD reactor, a semi-batch ALD reactor, or a batch ALD reactor by alternately exposing the substrate surface to one or more silicon-containing precursors, an oxygen source, a nitrogen-containing source, or other precursors or reagents. Film growth proceeds by self-limiting control of the surface reactions, the pulse length of each precursor or reagent, and the deposition temperature. However, film growth ceases when the surface of the substrate becomes saturated. In another embodiment, each reactant, including a silicon precursor and a reactive gas, is exposed to the substrate by moving or rotating the substrate to different sections of the reactor, each section being separated by an inert gas curtain, i.e., a space ALD reactor or a roll-to-roll ALD reactor.
증착 방법에 따라, 특정 실시양태에서, 본원에 기술된 규소 전구체 및 선택적으로 다른 규소 함유 전구체는 소정의 몰 부피, 또는 약 0.1 내지 약 1000 마이크로몰로 반응기에 도입될 수 있다. 이 실시양태 또는 다른 실시양태에서, 전구체는 소정의 시간 동안 반응기에 도입될 수 있다. 특정 실시양태에서, 시간은 약 0.001 내지 약 500초의 범위이다.Depending on the deposition method, in certain embodiments, the silicon precursor described herein and optionally other silicon-containing precursors can be introduced into the reactor in a molar volume, or from about 0.1 to about 1000 micromoles. In this or other embodiments, the precursors can be introduced into the reactor for a period of time. In certain embodiments, the period of time is in the range of from about 0.001 to about 500 seconds.
특정 실시양태에서, 본원에 기술된 방법을 사용하여 증착된 규소 함유 막은 산소 공급원, 산소를 포함하는 시약 또는 전구체, 즉 수증기와 함께 촉매의 존재 하에 형성된다. 산소 공급원은 적어도 하나의 산소 공급원의 형태로 반응기에 도입될 수 있고/있거나 증착 공정에서 사용된 다른 전구체에 우연히 존재할 수 있다. 적합한 산소 공급원 가스는, 예를 들어 물(H2O)(예를 들어, 탈이온수, 정제수, 증류수, 수증기, 수증기 플라즈마, 산소화된 물, 공기, 물과 다른 유기 액체를 포함하는 조성물), 산소(O2), 산소 플라즈마, 오존(O3), 일산화질소(NO), 이산화질소(NO2), 일산화탄소(CO), 물을 포함하는 플라즈마, 물과 아르곤을 포함하는 플라즈마, 과산화수소, 수소를 포함하는 조성물, 수소와 산소를 포함하는 조성물, 이산화탄소(CO2), 공기, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 특정 실시양태에서, 산소 공급원은 약 1 내지 약 10000 평방 입방 센티미터(sccm) 또는 약 1 내지 약 1000 sccm 범위의 유량으로 반응기에 도입되는 산소 공급원 가스를 포함한다. 산소 공급원은 약 0.1 내지 약 100초 범위의 시간 동안 도입될 수 있다. 촉매는 루이스 염기, 예컨대 피리딘, 피페라진, 트리메틸아민, tert-부틸아민, 디에틸아민, 트리메틸아민, 에틸렌디아민, 암모니아, 또는 다른 유기 아민으로부터 선택된다.In certain embodiments, silicon-containing films deposited using the methods described herein are formed in the presence of a catalyst together with an oxygen source, an oxygen-containing reagent or precursor, i.e., water vapor. The oxygen source may be introduced into the reactor in the form of at least one oxygen source and/or may be incidentally present in other precursors used in the deposition process. Suitable oxygen source gases include, for example, water (H 2 O) (e.g., deionized water, purified water, distilled water, water vapor, water vapor plasma, oxygenated water, air, a composition comprising water and another organic liquid), oxygen (O 2 ), oxygen plasma, ozone (O 3 ), nitrogen monoxide (NO), nitrogen dioxide (NO 2 ), carbon monoxide (CO), a plasma comprising water, a plasma comprising water and argon, hydrogen peroxide, a composition comprising hydrogen, a composition comprising hydrogen and oxygen, carbon dioxide (CO 2 ), air, and combinations thereof. In certain embodiments, the oxygen source comprises an oxygen source gas introduced into the reactor at a flow rate ranging from about 1 to about 10,000 square centimeters (sccm) or from about 1 to about 1000 sccm. The oxygen source can be introduced for a time ranging from about 0.1 to about 100 seconds. The catalyst is selected from a Lewis base, such as pyridine, piperazine, trimethylamine, tert-butylamine, diethylamine, trimethylamine, ethylenediamine, ammonia, or other organic amines.
막이 ALD 또는 순환 CVD 공정에 의해 증착되는 실시양태에서, 전구체 펄스는 0.01초 초과의 펄스 지속시간을 가질 수 있고, 산소 공급원은 0.01초 미만의 펄스 지속시간을 가질 수 있으며, 물 펄스 지속시간은 0.01초 미만의 펄스 지속시간을 가질 수 있다.In embodiments where the film is deposited by an ALD or cyclic CVD process, the precursor pulse can have a pulse duration greater than 0.01 second, the oxygen source can have a pulse duration less than 0.01 second, and the water pulse duration can have a pulse duration less than 0.01 second.
특정 실시양태에서, 전구체 펄스와 플라즈마가 순차적으로 도입되는 동안 산소 공급원은 반응기로 지속적으로 유동한다. 전구체 펄스는 0.01초 초과의 펄스 지속시간을 가질 수 있고, 플라즈마 지속시간은 0.01초 내지 100초의 범위일 수 있다.In certain embodiments, the oxygen source is continuously flowed into the reactor while the precursor pulse and plasma are introduced sequentially. The precursor pulse can have a pulse duration greater than 0.01 seconds, and the plasma duration can range from 0.01 seconds to 100 seconds.
특정 실시양태에서, 규소 함유 막은 규소 및 질소를 포함한다. 이들 실시양태에서, 본원에 기술된 방법을 사용하여 증착된 규소 함유 막은 질소 함유 공급원의 존재 하에 형성된다. 질소 함유 공급원은 적어도 하나의 질소 공급원의 형태로 반응기에 도입될 수 있고/있거나 증착 공정에서 사용되는 다른 전구체에 우연히 존재할 수 있다.In certain embodiments, the silicon-containing film comprises silicon and nitrogen. In these embodiments, the silicon-containing film deposited using the methods described herein is formed in the presence of a nitrogen-containing source. The nitrogen-containing source may be introduced to the reactor in the form of at least one nitrogen source and/or may be incidentally present in other precursors used in the deposition process.
적합한 질소 함유 가스 또는 질소 공급원 가스는, 예를 들어 암모니아, 히드라진, 모노알킬히드라진, 대칭 또는 비대칭 디알킬히드라진, 유기아민, 예컨대 메틸아민, 에틸아민, 에틸렌디아민, 에탄올아민, 피페라진, N,N'-디메틸에틸렌디아민, 이미다졸리딘, 시클로트리메틸렌트리아민, 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.Suitable nitrogen-containing gases or nitrogen source gases can include, for example, ammonia, hydrazine, monoalkylhydrazines, symmetrical or unsymmetrical dialkylhydrazines, organic amines such as methylamine, ethylamine, ethylenediamine, ethanolamine, piperazine, N,N'-dimethylethylenediamine, imidazolidine, cyclotrimethylenetriamine, and combinations thereof.
특정 실시양태에서, 질소 공급원은 약 1 내지 약 10000 평방 입방 센티미터(sccm) 또는 약 1 내지 약 1000 sccm 범위의 유량으로 반응기에 도입된다. 질소 함유 공급원은 약 0.1 내지 약 100초 범위의 시간 동안 도입될 수 있다. 막이 질소 및 산소 공급원을 둘 다 사용하는 ALD 또는 순환 CVD 공정에 의해 증착되는 실시양태에서, 전구체 펄스는 0.01초 초과의 펄스 지속시간을 가질 수 있고, 질소 공급원은 0.01초 미만의 펄스 지속시간을 가질 수 있으며, 물 펄스 지속시간은 0.01초 미만의 펄스 지속시간을 가질 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 펄스 사이의 퍼지 지속시간은 0초만큼 짧거나 또는 펄스 사이에 퍼지 없이 연속적으로 펄스될 수 있다.In certain embodiments, the nitrogen source is introduced to the reactor at a flow rate ranging from about 1 to about 10,000 square centimeters (sccm) or from about 1 to about 1000 sccm. The nitrogen containing source can be introduced for a time ranging from about 0.1 to about 100 seconds. In embodiments where the film is deposited by an ALD or cyclic CVD process utilizing both nitrogen and oxygen sources, the precursor pulses can have a pulse duration greater than 0.01 seconds, the nitrogen source can have a pulse duration less than 0.01 seconds, and the water pulse duration can have a pulse duration less than 0.01 seconds. In another embodiment, the purge duration between pulses can be as short as 0 seconds or can be pulsed continuously without purge between pulses.
본원에 개시된 증착 방법은 하나 이상의 퍼지 가스를 수반할 수 있다. 소모되지 않은 반응물 및/또는 반응 부산물을 퍼지 제거하는 데 사용되는 퍼지 가스는 전구체와 반응하지 않는 불활성 가스이다. 예시적인 퍼지 가스는 아르곤(Ar), 질소(N2), 헬륨(He), 네온, 수소(H2), 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 특정 실시양태에서, Ar과 같은 퍼지 가스는 약 10 내지 약 10000 sccm 범위의 유량으로 약 0.1 내지 1000초 동안 반응기에 공급됨으로써 반응기에 남아 있을 수 있는 미반응 물질 및 임의의 부산물을 퍼징한다.The deposition methods disclosed herein may involve one or more purge gases. The purge gas used to purge away unconsumed reactants and/or reaction byproducts is an inert gas that does not react with the precursor. Exemplary purge gases include, but are not limited to, argon (Ar), nitrogen (N 2 ), helium (He), neon, hydrogen (H 2 ), and combinations thereof. In certain embodiments, a purge gas, such as Ar, is supplied to the reactor at a flow rate in the range of about 10 to about 10000 sccm for a time period of about 0.1 to 1000 seconds to purge unreacted materials and any byproducts that may remain in the reactor.
전구체, 산소 공급원, 질소 함유 공급원, 및/또는 다른 전구체, 공급원 가스, 및/또는 시약을 공급하는 각각의 단계는, 이들을 공급하는 시간을 변경하여 수행함으로써 생성된 막의 화학양론적 조성을 변경시킬 수 있다.Each step of supplying the precursor, the oxygen source, the nitrogen-containing source, and/or other precursor, source gases, and/or reagents can be performed by changing the time at which they are supplied, thereby changing the stoichiometric composition of the resulting film.
에너지는 전구체, 질소 함유 공급원, 환원제, 다른 전구체 또는 이들의 조합 중 적어도 하나에 인가되어 반응을 유도하고 기판 상에 막 또는 코팅을 형성한다. 이러한 에너지는, 제한 없이, 열, 플라즈마, 펄스 플라즈마, 헬리콘 플라즈마, 고밀도 플라즈마, 유도 결합 플라즈마, X선, 전자빔, 광자, 원격 플라즈마 방법, 및 이들의 조합에 의해 제공될 수 있다.Energy is applied to at least one of the precursor, the nitrogen-containing source, the reducing agent, the other precursor, or a combination thereof to induce a reaction and form a film or coating on the substrate. Such energy can be provided by, without limitation, heat, plasma, pulsed plasma, helicon plasma, high-density plasma, inductively coupled plasma, x-ray, electron beam, photons, remote plasma methods, and combinations thereof.
특정 실시양태에서, 제2 RF 주파수 공급원을 사용하여 기판 표면의 플라즈마 특성을 수정할 수 있다. 증착이 플라즈마를 수반하는 실시양태에서, 플라즈마 생성 공정은 플라즈마가 반응기에서 직접 생성되는 직접 플라즈마 생성 공정, 또는 대안적으로 플라즈마가 반응기의 외부에서 생성되고 반응기에 공급되는 원격 플라즈마 생성 공정을 포함할 수 있다.In certain embodiments, a second RF frequency source can be used to modify the plasma characteristics of the substrate surface. In embodiments where the deposition involves plasma, the plasma generation process can include a direct plasma generation process, where the plasma is generated directly in the reactor, or alternatively, a remote plasma generation process, where the plasma is generated external to the reactor and supplied to the reactor.
설명 전체에서, 용어 "ALD 또는 ALD 유사"는 하기 공정을 포함하지만 이에 한정되지 않는 공정을 지칭한다: a) 규소 전구체 및 반응성 가스를 포함하는 각각의 반응물을 순차적으로 단일 웨이퍼 ALD 반응기, 세미-배치 ALD 반응기, 또는 배치로 ALD 반응기와 같은 반응기에 도입하는 공정; b) 기판을 반응기의 상이한 섹션으로 이동하거나 회전시켜 규소 전구체 및 반응성 가스를 포함하는 각각의 반응물을 기판에 노출시키고, 각각의 섹션을 불활성 가스 커튼, 즉, 공간 ALD 반응기 또는 롤투롤 ALD 반응기에 의해 분리하는 공정.Throughout the description, the term "ALD or ALD-like" refers to processes including, but not limited to: a) introducing each reactant, including a silicon precursor and a reactive gas, sequentially into a reactor, such as a single wafer ALD reactor, a semi-batch ALD reactor, or a batch ALD reactor; b) exposing the substrate to each reactant, including a silicon precursor and a reactive gas, by moving or rotating the substrate to different sections of the reactor, and separating each section by an inert gas curtain, i.e., a space ALD reactor or a roll-to-roll ALD reactor.
규소 전구체 및/또는 다른 규소 함유 전구체는 다양한 방식으로 CVD 또는 ALD 반응기와 같은 반응 챔버에 전달될 수 있다. 한 실시양태에서, 액체 전달 시스템이 이용될 수 있다. 대안적인 실시양태에서, 조합된 액체 전달 및 플래시 기화 공정 장치, 예를 들어 미국 미네소타주 쇼어뷰 소재의 MSP Corporation에 의해 제조된 터보 증발기와 같은 조합된 액체 전달 및 플래시 증발 공정 장치를 사용하여 저휘발성 물질을 용적형으로 전달할 수 있는데, 이는 전구체의 열 분해 없이 재현 가능한 수송 및 증착으로 이어진다. 액체 전달 배합물에서, 본원에 기술된 전구체는 순수한 액체 형태로 전달될 수 있거나, 또는 대안적으로, 이를 포함하는 용매 배합물 또는 조성물에 사용될 수 있다. 따라서, 특정 실시양태에서 전구체 배합물은 기판 상에 막을 형성하기 위해 주어진 최종 용도 적용예에서 바람직하고 유리할 수 있는 적합한 특성의 용매 성분(들)을 포함할 수 있다.The silicon precursors and/or other silicon-containing precursors can be delivered to a reaction chamber, such as a CVD or ALD reactor, in a variety of ways. In one embodiment, a liquid delivery system can be utilized. In an alternative embodiment, a combined liquid delivery and flash vaporization process device, such as a turbo evaporator manufactured by MSP Corporation of Shoreview, Minn., can be used to deliver low volatility materials in a volumetric manner, resulting in reproducible transport and deposition without thermal decomposition of the precursors. In the liquid delivery formulations, the precursors described herein can be delivered in pure liquid form, or alternatively, can be employed in a solvent formulation or composition comprising them. Thus, in certain embodiments, the precursor formulations can include solvent component(s) having suitable properties that may be desirable and advantageous for a given end-use application for forming a film on a substrate.
이 실시양태 또는 다른 실시양태에서, 본원에 기술된 방법의 단계는 다양한 순서로 수행될 수 있고, 순차적으로 또는 동시에(예를 들어, 다른 단계의 적어도 일부 동안) 수행될 수 있고, 이들의 임의의 조합으로 수행될 수 있는 것으로 이해된다. 전구체 및 질소 함유 공급원 가스를 공급하는 각각의 단계는, 이들을 공급하는 지속시간을 변경하여 수행함으로써 생성된 규소 함유 막의 화학양론적 조성을 변경시킬 수 있다.In this or other embodiments, it is understood that the steps of the methods described herein can be performed in various orders, can be performed sequentially or simultaneously (e.g., during at least a portion of another step), and can be performed in any combination thereof. Each step of supplying the precursor and nitrogen-containing source gases can be performed by varying the duration of supplying them, thereby changing the stoichiometric composition of the resulting silicon-containing film.
본원에 기술된 방법의 더 추가의 실시양태에서, 막 또는 증착 직후의 막은 처리 단계를 거친다. 처리 단계는 증착 단계의 적어도 일부 동안, 증착 단계 후, 및 이들의 조합으로 수행될 수 있다. 예시적인 처리 단계는, 제한 없이, 고온 열 어닐링을 통한 처리; 플라즈마 처리; 자외선(UV) 광 처리; 레이저; 전자 빔 처리 및 이들의 조합을 포함하여 막의 하나 이상의 특성에 영향을 미친다. 본원에 기술된 1개 또는 2개의 Si-C-Si 결합을 갖는 규소 전구체로 증착된 막은, 동일한 조건 하에 이전에 개시된 규소 전구체로 증착된 막과 비교할 때, 개선된 특성, 예컨대, 제한 없이, 처리 단계 전의 막의 습식 에칭 속도보다 낮은 습식 에칭 속도 또는 처리 단계 전의 밀도보다 높은 밀도를 갖는다. 한 특정 실시양태에서, 증착 공정 동안, 증착 직후의 막은 간헐적으로 처리된다. 이들 간헐적 또는 증착 중간의 처리는, 예를 들어, 각각의 ALD 사이클 후, 특정한 수의 ALD, 예컨대, 제한 없이, 한(1) ALD 사이클, 두(2) ALD 사이클, 다섯(5) ALD 사이클 후, 또는 매 열(10) 이상의 ALD 사이클 후에 수행될 수 있다.In yet further embodiments of the methods described herein, the film or the immediately post-deposited film is subjected to a treatment step. The treatment step can be performed during at least a portion of the deposition step, after the deposition step, and combinations thereof. Exemplary treatment steps include, but are not limited to, treatment via high temperature thermal annealing; plasma treatment; ultraviolet (UV) light treatment; laser treatment; electron beam treatment, and combinations thereof, that affect one or more properties of the film. Films deposited with silicon precursors having one or two Si-C-Si bonds as described herein have improved properties, such as, but not limited to, a wet etch rate that is lower than the wet etch rate of the film prior to the treatment step or a density that is higher than the density prior to the treatment step, as compared to films deposited with previously disclosed silicon precursors under the same conditions. In one particular embodiment, the immediately post-deposited film is intermittently treated during the deposition process. These intermittent or inter-deposition treatments can be performed, for example, after each ALD cycle, after a specific number of ALD cycles, such as, without limitation, one (1) ALD cycle, two (2) ALD cycles, five (5) ALD cycles, or after every ten (10) ALD cycles.
막이 고온 어닐링 단계로 처리되는 실시양태에서, 어닐링 온도는 적어도 100℃ 또는 증착 온도 초과이다. 이 실시양태 또는 다른 실시양태에서, 어닐링 온도는 약 400℃ 내지 약 1000℃의 범위이다. 이 실시양태 또는 다른 실시양태에서, 어닐링 처리는 진공(< 760 Torr), 불활성 환경 또는 산소 함유 환경(예컨대 H2O, N2O, NO2 또는 O2)에서 수행될 수 있다.In embodiments where the film is subjected to a high temperature annealing step, the annealing temperature is at least 100° C. or greater than the deposition temperature. In this or other embodiments, the annealing temperature is in the range of about 400° C. to about 1000° C. In this or other embodiments, the annealing process can be performed in a vacuum (<760 Torr), an inert environment, or an oxygen containing environment (e.g., H 2 O, N 2 O, NO 2 or O 2 ).
막이 UV 처리로 처리되는 실시양태에서, 막은 광대역 UV 또는, 대안적으로, 약 150 나노미터(nm) 내지 약 400 nm 범위의 파장을 갖는 UV 공급원에 노출된다. 한 특정 실시양태에서, 증착 직후의 막은 원하는 막 두께가 달성된 후 증착 챔버와 상이한 챔버에서 UV에 노출된다.In embodiments where the film is treated with UV treatment, the film is exposed to a broadband UV or, alternatively, a UV source having a wavelength in the range of from about 150 nanometers (nm) to about 400 nm. In one particular embodiment, the film, immediately after deposition, is exposed to UV in a chamber different from the deposition chamber after the desired film thickness is achieved.
막이 플라즈마로 처리되는 실시양태에서, 패시베이션 층, 예컨대 SiO2 또는 탄소 도핑된 SiO2는 후속 플라즈마 처리에서 염소 및 질소 오염이 막에 침투하는 것을 방지하기 위해 증착된다. 패시베이션 층은 원자층 증착 또는 순환 화학 기상 증착을 사용하여 증착될 수 있다.In embodiments where the film is treated with plasma, a passivation layer, such as SiO 2 or carbon-doped SiO 2 , is deposited to prevent chlorine and nitrogen contamination from penetrating the film during subsequent plasma treatment. The passivation layer can be deposited using atomic layer deposition or cyclic chemical vapor deposition.
막이 플라즈마로 처리되는 실시양태에서, 플라즈마 공급원은 수소 플라즈마, 수소 및 헬륨을 포함하는 플라즈마, 수소 및 아르곤을 포함하는 플라즈마로 이루어진 군으로부터 선택된다. 수소 플라즈마는 여전히 벌크 중 탄소 함량을 거의 변화하지 않은 채로 유지하면서 막 유전 상수를 낮추고 플라즈마 애싱 공정에 따른 손상 저항성을 증가시킨다.In embodiments where the film is treated with plasma, the plasma source is selected from the group consisting of hydrogen plasma, plasma comprising hydrogen and helium, plasma comprising hydrogen and argon. Hydrogen plasma lowers the film dielectric constant and increases damage resistance due to plasma ashing process while still maintaining the carbon content in the bulk substantially unchanged.
설명 전체에서, 용어 "ALD 또는 ALD 유사"는 하기 공정을 포함하지만 이에 한정되지 않는 공정을 지칭한다: a) 규소 전구체 및 반응성 가스를 포함하는 각각의 반응물을 순차적으로 단일 웨이퍼 ALD 반응기, 세미-배치 ALD 반응기, 또는 배치로 ALD 반응기와 같은 반응기에 도입하는 공정; b) 기판을 반응기의 상이한 섹션으로 이동하거나 회전시켜 규소 전구체 및 반응성 가스를 포함하는 각각의 반응물을 기판에 노출시키고, 각각의 섹션을 불활성 가스 커튼, 즉, 공간 ALD 반응기 또는 롤투롤 ALD 반응기에 의해 분리하는 공정.Throughout the description, the term "ALD or ALD-like" refers to processes including, but not limited to: a) introducing each reactant, including a silicon precursor and a reactive gas, sequentially into a reactor, such as a single wafer ALD reactor, a semi-batch ALD reactor, or a batch ALD reactor; b) exposing the substrate to each reactant, including a silicon precursor and a reactive gas, by moving or rotating the substrate to different sections of the reactor, and separating each section by an inert gas curtain, i.e., a space ALD reactor or a roll-to-roll ALD reactor.
설명 전체에서, 용어 "애싱"은 산소 공급원을 포함하는 플라즈마, 예컨대 O2/불활성 가스 플라즈마, O2 플라즈마, CO2 플라즈마, CO 플라즈마, H2/O2 플라즈마 또는 이들의 조합을 사용하여 반도체 제조 공정에서 포토레지스트 또는 탄소 하드 마스크를 제거하는 공정을 지칭한다.Throughout the description, the term "ashing" refers to a process of removing photoresist or carbon hard masks in semiconductor manufacturing processes using a plasma including an oxygen source, such as an O 2 /inert gas plasma, O 2 plasma, CO 2 plasma, CO plasma, H 2 /O 2 plasma, or a combination thereof.
설명 전체에서, 용어 "손상 저항성"은 산소 애싱 공정 후의 막 특성을 지칭한다. 양호하거나 또는 높은 손상 저항성은 산소 애싱 후 하기 막 특성으로 정의된다: 막 유전 상수는 4.5 미만이고; 애싱 전 (막 내로 50Å 초과의 깊이의) 벌크 중 탄소 함량은 애싱 전과 같이 5 at. % 이내이고; 표면(50Å 미만의 깊이) 및 벌크(50Å 초과의 깊이) 근처의 막 사이의 희석된 HF 에칭 속도의 차이를 관찰하면, 막의 50Å 미만이 손상됨.Throughout the description, the term "damage resistance" refers to the film properties after the oxygen ashing process. Good or high damage resistance is defined as the following film properties after oxygen ashing: the film dielectric constant is less than 4.5; the carbon content in the bulk (greater than 50 Å deep into the film) prior to ashing is within 5 at. % as before ashing; and the observed difference in diluted HF etch rate between the film near the surface (greater than 50 Å deep) and the bulk (greater than 50 Å deep) is such that less than 50 Å of the film is damaged.
설명 전체에서, 용어 "알킬 탄화수소"는 선형 또는 분지형 C1 내지 C20 탄화수소, 환형 C6 내지 C20 탄화수소를 지칭한다. 예시적인 탄화수소는 헵탄, 옥탄, 노난, 데칸, 도데칸, 시클로옥탄, 시클로노난, 및 시클로데칸을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.Throughout the description, the term "alkyl hydrocarbon" refers to linear or branched C 1 to C 20 hydrocarbons, cyclic C 6 to C 20 hydrocarbons. Exemplary hydrocarbons include, but are not limited to, heptane, octane, nonane, decane, dodecane, cyclooctane, cyclononane, and cyclodecane.
설명 전체에서, 용어 "방향족 탄화수소"는 C6 내지 C20 방향족 탄화수소를 지칭한다. 예시적인 방향족 탄화수소는 톨루엔, 및 메시틸렌을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.Throughout the description, the term "aromatic hydrocarbon" refers to a C 6 to C 20 aromatic hydrocarbon. Exemplary aromatic hydrocarbons include, but are not limited to, toluene, and mesitylene.
설명 전체에서, 용어 "촉매"는 열 ALD 공정 중에 히드록실기와 Si-Cl 결합 사이의 표면 반응을 촉매화할 수 있는 기상의 루이스 염기를 지칭한다. 예시적인 촉매는 적어도 하나의 환형 아민계 가스, 예컨대 아미노피리딘, 피콜린, 루티딘, 피페라진, 피페리딘, 피리딘 또는 유기 아민계 가스 메틸아민, 디메틸아민, 트리메틸아민, 에틸아민, 디에틸아민, 트리에틸아민, 프로필아민, 이소-프로필아민, 디-프로필아민, 디-이소-프로필아민, 및 tert-부틸아민을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.Throughout the description, the term "catalyst" refers to a gaseous Lewis base capable of catalyzing a surface reaction between hydroxyl groups and Si-Cl bonds during a thermal ALD process. Exemplary catalysts include, but are not limited to, at least one cyclic amine-based gas, such as aminopyridine, picoline, lutidine, piperazine, piperidine, pyridine or the organic amine-based gases methylamine, dimethylamine, trimethylamine, ethylamine, diethylamine, triethylamine, propylamine, iso-propylamine, di-propylamine, di-iso-propylamine, and tert-butylamine.
설명 전체에서, 용어 "유기 아민"은 C1 내지 C20 탄화수소, 환형 C6 내지 C20 탄화수소를 갖는 1차 아민, 2차 아민, 3차 아민을 지칭한다. 예시적인 유기 아민은 메틸아민, 디메틸아민, 트리메틸아민, 에틸아민, 디에틸아민, 트리에틸아민, 프로필아민, 이소-프로필아민, 디-프로필아민, 디-이소-프로필아민, 및 tert-부틸아민을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.Throughout the description, the term "organic amine" refers to primary amines, secondary amines, and tertiary amines having C 1 to C 20 hydrocarbons, cyclic C 6 to C 20 hydrocarbons. Exemplary organic amines include, but are not limited to, methylamine, dimethylamine, trimethylamine, ethylamine, diethylamine, triethylamine, propylamine, iso-propylamine, di-propylamine, di-iso-propylamine, and tert-butylamine.
설명 전체에서, 용어 "실록산"은 적어도 하나의 Si-O-Si 결합 및 C4 내지 C20 탄소 원자를 갖는 선형, 분지형, 또는 환형 액체 화합물을 지칭한다. 예시적인 실록산은 테트라메틸디실록산, 헥사메틸디실록산(HMDSO), 1,1,1,3,3,5,5,5-옥타메틸트리실록산, 및 옥타메틸시클로테트라실록산(OMCTS)을 포함하지만 이에 한정되지 않는다.Throughout the description, the term "siloxane" refers to a linear, branched, or cyclic liquid compound having at least one Si-O-Si bond and C 4 to C 20 carbon atoms. Exemplary siloxanes include, but are not limited to, tetramethyldisiloxane, hexamethyldisiloxane (HMDSO), 1,1,1,3,3,5,5,5-octamethyltrisiloxane, and octamethylcyclotetrasiloxane (OMCTS).
설명 전체에서, 용어 "열 산화규소의 에칭 속도의 최대 x배인 에칭 속도"를 사용하는 경우, 값 x는 1:99 희석된 HF 중 해당 규소 함유 막의 에칭 속도를 1:99 희석된 HF 중 열 산화규소의 에칭 속도로 나누어 계산하고(예를 들어, 0.45 Å/s), 이때 에칭 속도는 둘 다 동일한 조건 하에 측정된다.Throughout the description, when the term "an etch rate up to x times the etch rate of thermal silicon oxide" is used, the value x is calculated by dividing the etch rate of the corresponding silicon-containing film in 1:99 diluted HF by the etch rate of thermal silicon oxide in 1:99 diluted HF (e.g., 0.45 Å/s), wherein both etch rates are measured under identical conditions.
설명 전체에서, 본원에 사용된 바와 같은 용어 "스텝 커버리지"는 비아 또는 트렌치 또는 둘 다를 갖는 구조화되거나 특징화된 기판에서 증착된 막의 2개의 두께의 백분율로 정의되며, 이때 하단 스텝 커버리지는 특징부의 하단의 두께를 특징부의 상단의 두께로 나눈 비율(% 단위)이고, 중간 스텝 커버리지는 특징부의 측벽 상의 두께를 특징부의 상단의 두께로 나눈 비율(% 단위)이다. 본원에 기술된 방법을 사용하여 증착된 막은 약 80% 이상, 또는 약 90% 이상의 스텝 커버리지를 보이는데, 이는 막이 컨포멀함을 나타낸다.Throughout the description, the term "step coverage" as used herein is defined as the percentage of two thicknesses of a film deposited on a structured or characterized substrate having a via or a trench or both, where the bottom step coverage is the ratio (in percent) of the thickness at the bottom of the feature divided by the thickness at the top of the feature, and the middle step coverage is the ratio (in percent) of the thickness on the sidewall of the feature divided by the thickness at the top of the feature. Films deposited using the methods described herein exhibit a step coverage of greater than or equal to about 80 percent, or greater than or equal to about 90 percent, indicating that the film is conformal.
하기 실시예는 본 발명의 특정 양태를 예시하고 첨부된 청구범위의 범위를 한정하지 않는다.The following examples illustrate specific embodiments of the invention and do not limit the scope of the appended claims.
실시예Example
실시예 1. 메시틸렌 중 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄 20 중량%로 이루어진 배합된 생성물Example 1. Blended product comprising 20 wt% of 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclobutane in mesitylene
메시틸렌 중에 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄 20 중량%를 용해시켜 배합물을 제조하였다. 도 1은 메시틸렌과 함께 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로-부탄의 증기압 곡선의 오버레이를 나타내어 관심 온도 범위에 걸친 이들의 유사성을 보여준다.A blend was prepared by dissolving 20 wt% of 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclobutane in mesitylene. Figure 1 shows an overlay of the vapor pressure curves of 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclobutane with mesitylene, demonstrating their similarity over the temperature range of interest.
도 2는 스테인리스 강 용기에 실온에서 2년에 해당하는 시간 동안 에이징한 메시틸렌 중 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄의 20 중량% 용액에서 일반적인 스테인리스 강의 구성 금속, 예컨대 Fe, Cr, Ni 및 Mn의 정규화된 농도를 나타낸다. 이들 일반적인 스테인리스 강 금속이 시간이 지남에 따라 체계적으로 증가하지 않는다는 사실은, 저수분 메시틸렌 성분으로 이루어진 상기 배합된 생성물이 스테인리스 강 용기와 호환된다는 것을 강력하게 뒷받침한다.Figure 2 shows the normalized concentrations of constituent metals of common stainless steels, such as Fe, Cr, Ni and Mn, in a 20 wt % solution of 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclobutane in mesitylene aged for a period of time equivalent to 2 years at room temperature in stainless steel containers. The fact that these common stainless steel metals do not systematically increase over time strongly supports the compatibility of the compounded product with low moisture mesitylene components with stainless steel containers.
도 3은 클로로실란 성분, 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄의 정규화된 농도를, 그것이 증기 인출 전달 공정 중에 고갈됨에 따라 용기에 남아 있는 부피 퍼센트의 함수로서 나타낸다.Figure 3 shows the normalized concentration of the chlorosilane component, 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclobutane, as a function of the volume percent remaining in the vessel as it is depleted during the vapor withdrawal transfer process.
농도 일정성은 열 ALD 모드에서 메시틸렌 및 암모니아 중 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄의 20 중량% 용액을 사용하여 규소 함유 막을 증착시킴으로써 수행하였다. 용기는 500 ml 스테인리스 강 용기 내의 200 g의 물질로 이루어진다. 용기를 80℃로 가열하였고 증기 인출을 사용하여 화학물질을 전달하였다. 막 증착은 규소 전구체 및 질소 공급원 암모니아로서의 암모니아를 사용하여 실험실 규모의 원자층 증착(ALD) 반응기에서 수행하였다. ALD 단계 및 공정 조건은 하기 표 3에 제공된다:Concentration consistency was performed by depositing silicon-containing films using a 20 wt % solution of 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclobutane in mesitylene and ammonia in thermal ALD mode. The vessel consisted of 200 g of material in a 500 ml stainless steel vessel. The vessel was heated to 80 °C and the chemicals were delivered using vapor extraction. Film deposition was performed in a laboratory-scale atomic layer deposition (ALD) reactor using ammonia as the silicon precursor and nitrogen source. The ALD step and process conditions are given in Table 3 below:
증착 중에, 단계 3 내지 10을 여러 사이클 동안 반복하여 증착 직후의 탄소 도핑된 질화규소의 원하는 두께를 얻었다.During deposition, steps 3 to 10 were repeated for several cycles to obtain the desired thickness of the carbon-doped silicon nitride immediately after deposition.
용액 농도를 확인하기 위해 런(run) 사이에 가끔 가스 크로마토그래피 분석을 실시하였다.Gas chromatography analysis was performed occasionally between runs to check the solution concentration.
도 4에 나타난 바와 같이, 막 성장은 0.39 Å/사이클 ± 0.03 Å/사이클의 GPC와 일치하였다. GC 분석은 침전 사이에 용기에서 실시하였다. 표 4 및 5는 용액 용기를 각각 80 및 70℃의 온도에서 가열하면서 증착 중에 간격을 두고 실시한 분석을 나타낸다. 표에 나타난 바와 같이, 전구체 농도는 두 경우에서 모두 증착 내내 일정하다.As shown in Fig. 4, the film growth was consistent with GPC of 0.39 Å/cycle ± 0.03 Å/cycle. GC analyses were performed in the vessel between depositions. Tables 4 and 5 show analyses performed at intervals during the deposition while heating the solution vessel at temperatures of 80 and 70°C, respectively. As shown in the tables, the precursor concentration was constant throughout the deposition in both cases.
본 발명은 특정 실시양태를 참조하여 설명되었지만, 당업자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변경이 이루어질 수 있으며 이의 구성요소를 등가물로 대체할 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 본 발명의 본질적인 범위를 벗어나지 않으면서 특정 상황 또는 물질을 본 발명의 교시에 맞게 조정하기 위해 많은 수정이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명을 수행하기 위해 고려된 최선의 방식으로서 개시된 특정 실시양태에 한정되는 것이 아니며, 본 발명은 첨부된 청구범위의 범위 내에 속하는 모든 실시양태를 포함하도록 의도된 것이다.While the invention has been described with reference to specific embodiments, it will be understood by those skilled in the art that various changes may be made and equivalents may be substituted for elements thereof without departing from the scope of the invention. In addition, many modifications may be made to adapt a particular situation or material to the teachings of the invention without departing from the essential scope thereof. Therefore, it is intended that the invention not be limited to the specific embodiments disclosed as the best mode contemplated for carrying out this invention, but that the invention will include all embodiments falling within the scope of the appended claims.
Claims (20)
(a) 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄; 및
(b) 메시틸렌
을 포함하는, 규소 함유 막을 증착시키기 위한 조성물.A composition for depositing a silicon-containing film,
(a) 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclobutane; and
(b) Mesitylene
A composition for depositing a silicon-containing film, comprising:
a) 표면 특징부를 포함하는 표면을 각각 포함하는 하나 이상의 기판을 반응기에 배치하는 단계;
b) 반응기를 주위 온도 내지 약 550℃ 범위의 하나 이상의 온도로 가열하고 선택적으로 반응기를 100 torr 이하의 압력으로 유지하는 단계;
c) 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄 및 메시틸렌을 포함하는 조성물을 반응기에 도입하여 표면 상에 막을 형성하는 단계;
d) 불활성 가스를 사용하여 반응기를 퍼징하는 단계;
e) 질소 공급원을 반응기에 도입하여 막과 반응시킴으로써 탄소 도핑된 질화규소 막을 형성하는 단계;
f) 불활성 가스를 사용하여 반응기를 퍼징함으로써 반응 부산물을 제거하는 단계;
g) 단계 c 내지 f를 반복하여 탄소 도핑된 질화규소 막의 원하는 두께를 제공하는 단계;
h) 생성된 탄소 도핑된 질화규소 막을 약 주위 온도 내지 약 1000℃ 범위의 하나 이상의 온도에서 산소 공급원으로 처리하여 탄소 도핑된 질화규소 막을 탄소 도핑된 산화규소 막으로 전환시키는 단계; 및
i) 탄소 도핑된 산화규소 막을 수소를 포함하는 플라즈마에 노출시키는 단계
를 포함하는, 열 ALD 공정을 통해 탄소 도핑된 산화규소 막을 형성하는 방법.A method for forming a carbon-doped silicon oxide film through a thermal ALD process,
a) placing one or more substrates, each substrate comprising a surface including surface features, in a reactor;
b) heating the reactor to one or more temperatures ranging from ambient temperature to about 550°C and optionally maintaining the reactor at a pressure of less than 100 torr;
c) a step of introducing a composition comprising 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclobutane and mesitylene into a reactor to form a film on a surface;
d) a step of purging the reactor using an inert gas;
e) a step of forming a carbon-doped silicon nitride film by introducing a nitrogen source into the reactor and reacting with the film;
f) a step of removing reaction by-products by purging the reactor using an inert gas;
g) repeating steps c to f to provide a desired thickness of the carbon-doped silicon nitride film;
h) treating the formed carbon-doped silicon nitride film with an oxygen source at one or more temperatures ranging from about ambient temperature to about 1000° C. to convert the carbon-doped silicon nitride film into a carbon-doped silicon oxide film; and
i) a step of exposing a carbon-doped silicon oxide film to a plasma containing hydrogen;
A method for forming a carbon-doped silicon oxide film through a thermal ALD process, comprising:
a. 표면 특징부를 포함하는 하나 이상의 기판을 반응기에 배치하는 단계;
b. 반응기를 주위 온도 내지 약 150℃ 범위의 하나 이상의 온도로 가열하고 선택적으로 반응기를 100 torr 이하의 압력으로 유지하는 단계;
c. 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄, 메시틸렌, 및 촉매를 포함하는 조성물을 반응기에 도입하는 단계;
d. 불활성 가스로 반응기를 퍼징하는 단계;
e. 물의 증기를 반응기에 제공하여 촉매의 존재 하에 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄과 반응시킴으로써 탄소 도핑된 산화규소 막을 형성하는 단계; 및
f. 불활성 가스로 반응기를 퍼징하여 임의의 반응 부산물을 제거하는 단계
를 포함하고, 단계 c 내지 f를 반복하여 탄소 도핑된 산화규소 막의 원하는 두께를 제공하는, 열 ALD 공정을 통해 15 at % 내지 30 at.% 범위의 탄소 함량을 갖는 탄소 도핑된 산화규소 막을 형성하는 방법.A method for forming a carbon-doped silicon oxide film having a carbon content in the range of 15 at.% to 30 at.% through a thermal ALD process,
a. A step of placing one or more substrates including surface features into a reactor;
b. heating the reactor to one or more temperatures ranging from ambient temperature to about 150°C and optionally maintaining the reactor at a pressure of less than 100 torr;
c. A step of introducing a composition comprising 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclobutane, mesitylene, and a catalyst into a reactor;
d. The step of purging the reactor with an inert gas;
e. a step of forming a carbon-doped silicon oxide film by providing water vapor to a reactor and reacting it with 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclobutane in the presence of a catalyst; and
f. A step of purging the reactor with an inert gas to remove any reaction by-products.
A method for forming a carbon-doped silicon oxide film having a carbon content in the range of 15 at. % to 30 at. % by a thermal ALD process, comprising: providing a desired thickness of the carbon-doped silicon oxide film by repeating steps c to f.
a. 표면을 포함하는 하나 이상의 기판을 반응기에 배치하는 단계;
a. 반응기를 주위 온도 내지 약 550℃ 범위의 하나 이상의 온도로 가열하고 선택적으로 반응기를 100 torr 이하의 압력으로 유지하는 단계;
b. 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄, 그리고 메시틸렌, 2-메틸-노난, 1,2,4,5-테트라메틸피페라진, 에톡시-벤젠, 및 1-에틸-4-메틸-벤젠으로 이루어진 군으로부터 선택된 용매를 포함하는 조성물을 반응기에 도입하여 표면 상에 막을 형성하는 단계;
c. 불활성 가스로 반응기를 퍼징하여 임의의 미반응 조성물을 제거하는 단계;
d. 질소 공급원을 반응기에 도입하여 막과 반응시킴으로써 탄소 도핑된 질화규소 막을 형성하는 단계;
e. 불활성 가스로 반응기를 퍼징하여 임의의 반응 부산물을 제거하는 단계;
f. 단계 b 내지 e를 반복하여 탄소 도핑된 질화규소 막의 원하는 두께를 제공하는 단계;
g. 탄소 도핑된 질화규소 막을 약 주위 온도 내지 1000℃ 범위의 하나 이상의 온도에서 산소 공급원으로 처리하여 계내에서 또는 다른 챔버에서 탄소 도핑된 질화규소 막을 탄소 도핑된 산화규소 막으로 전환시키는 단계; 및
h. 탄소 도핑된 산화규소 막을 수소를 포함하는 플라즈마에 노출시키는 단계; 및
i. 선택적으로 탄소 도핑된 산화규소 막을 400 내지 1000℃의 온도에서의 스파이크 어닐링 또는 UV 광원으로 처리하는 단계
를 포함하는, 열 ALD 공정 및 수소를 포함하는 플라즈마를 사용하여 5 at. % 내지 20 at. % 범위의 탄소 함량을 갖는 탄소 도핑된 산화규소 막을 증착시키는 방법.A method for depositing a carbon-doped silicon oxide film having a carbon content in the range of 5 at. % to 20 at. % using a thermal ALD process and a plasma containing hydrogen,
a. A step of placing one or more substrates including a surface in a reactor;
a. Heating the reactor to one or more temperatures ranging from ambient temperature to about 550°C and optionally maintaining the reactor at a pressure of less than 100 torr;
b. a step of introducing a composition comprising 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclobutane and a solvent selected from the group consisting of mesitylene, 2-methyl-nonane, 1,2,4,5-tetramethylpiperazine, ethoxy-benzene, and 1-ethyl-4-methyl-benzene into a reactor to form a film on a surface;
c. a step of purging the reactor with an inert gas to remove any unreacted composition;
d. A step of forming a carbon-doped silicon nitride film by introducing a nitrogen source into the reactor and reacting with the film;
e. A step of purging the reactor with an inert gas to remove any reaction by-products;
f. Repeating steps b to e to provide a desired thickness of the carbon-doped silicon nitride film;
g. a step of treating the carbon-doped silicon nitride film with an oxygen source at one or more temperatures ranging from about ambient temperature to 1000° C. to convert the carbon-doped silicon nitride film into a carbon-doped silicon oxide film in situ or in another chamber; and
h. exposing a carbon-doped silicon oxide film to a plasma containing hydrogen; and
i. A step of optionally treating a carbon-doped silicon oxide film by spike annealing at a temperature of 400 to 1000°C or with a UV light source.
A method for depositing a carbon-doped silicon oxide film having a carbon content in the range of 5 at. % to 20 at. % using a thermal ALD process including a plasma containing hydrogen.
(a) 1,1,3,3-테트라클로로-1,3-디실라시클로부탄; 및
(b) 메시틸렌, 2-메틸-노난, 1,2,4,5-테트라메틸피페라진, 에톡시-벤젠, 및 1-에틸-4-메틸-벤젠으로 이루어진 군으로부터 선택된 용매
를 포함하는, 규소 함유 막을 증착시키기 위한 조성물.A composition for depositing a silicon-containing film,
(a) 1,1,3,3-tetrachloro-1,3-disilacyclobutane; and
(b) a solvent selected from the group consisting of mesitylene, 2-methyl-nonane, 1,2,4,5-tetramethylpiperazine, ethoxy-benzene, and 1-ethyl-4-methyl-benzene;
A composition for depositing a silicon-containing film, comprising:
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